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Titolo: che cos'è lexergia?

salve ho un problema. il mio professore di fisica tecnica non ha proposto
nessun libro di testo che copra interamente il programma, e ha proposto come
testi di consultazione lo zemansky, il cavallini-mattarolo e il kreith.
questo genera una serie di problematiche almeno nel sottoscritto, perchè le
notazioni sono diverse tra loro. il problema però è un altro infatti al di
là delle notazioni, mi sembra di scorgere diversità di approcci, ad esempio
si trova una benedetta funzione Exergia che negli altri non si trova, si
parla di un terzo principio della termodinamica.
chi mi può fare un pò di luce su questi 2 argomenti.
se qualcuno ha qualche consiglio su come possa ottimizzare i miei sforzi
avendo a che fare con una materia di per sè ostica, con l'ulteriore
difficoltà di dover studiare su 3 testi diversi è ben accetto.
grazie in anticipo per i consigli
g. m.

 ha scritto nel messaggio
news:Ek0Vd.56799$lB4.1...@twister1.libero.it...


 si parla di un terzo principio della termodinamica.
Su questo invece qualcosa ti posso dire.
In forma che ritengo sufficiente per i tuoi scopi, esso dice che
l'entropia tende a zero quando la temperatura assoluta tende a zero.
In cambio di questa modesta spiegazione, ti chiedo un favore: evita di
scrivere "questo genera una serie di problematiche" quando basterebbe
dire "questo genera una serie di problemi" :)
Quanto al "problema" generale che dici, non so come aiutarti. Pero' mi
viene da fare una considerazione: fisica tecnica a che anno e'? terzo?
quarto? Comunque a un punto dove uno studente dovrebbe essere capace
di orientarsi anche tra testi diversi...
 
------------------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
------------------------------

 comprensibile, perche' quelle che ho letto non le ho proprio capite.
"Exergie" e "anergie" sono termini apparsi sui libri (tecnici) di 
termodinamica tedeschi negli anni '60. Il migliore che io conosca e':
H.D.Baehr - Thermodynamik - Springer Verlag (1966)
Tale testo, assolutamente rigoroso nell'approccio tradizionale, fa ampio
uso _anche_ di tale linguaggio alternativo, particolarmente idoneo a 
discutere il valore tecnico delle varie fonti energetiche in relazione
alle loro possibilita' di trasformazione permesse dal II principio.
Mi limito a dire che gli ingredienti base di tale formulazione sono:
- le tipologie delle varie fonti di energia;
- i possibili processi TD (macchine);
- l'ambiente (caratterizzato da grandezze intensive stazionarie).
Viene chiamata "exergia" quella parte di energia di una fonte che, 
nell'ambiente assegnato, e' trasformabile in qualsiasi altra forma di 
energia a norma del II principio.
-- 
     Elio Proietti
     Valgioie (TO)
 

 energia a norma del II principio.
Ovvero e' un  sinonimo di "energia libera"?
-- 
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia

 Ovvero e' un  sinonimo di "energia libera"?
No. Esempio:
l'energia elettrica che è per il 99% exergia e l'1% di Anergia, ossia il 
99% lo utilizzi e l'1% viene dissipato in calore dalla resistenza dei 
cavi etc. etc., quindi lo perdi e non puoi in nessun modo 
sfruttarlo/recuperarlo.
In sintesi: l'exergia è la parte di energia che puoi sfruttare di una fonte.
Energia meccanica -> 100% exergia (la puoi trasformare al 100% in 
energia da sfruttare)
Energia elettrica -> 99% exergia, 1% anergia
dicesi Anergia, la percentuale/parte di energia che non puoi sfruttare 
da una fonte, in un processo di conversione Lavoro->Energia o viceversa.
Ciao
Artemis

 Energia elettrica -> 99% exergia, 1% anergia
Hum. Detto cosi', mi sembra improprio attribuirle ex/anergia ad un tipo 
di energia: semmai sara' una caratteristica dell'energia+sistema 
specifico con cui tale energia viene convertito in un'altra forma. Cosi' 
se ho una certa quantita' di energia elettrica accumulata in una pila, e 
la collego ad un motore elettrico nuovo mediante fili di pochi cm di 
lunghezza, otterro' una conversione in energia meccanica pari a forse il 
99%; se la collego ad un motore vecchi con cuscinetti arrugginiti e 
mediante fili di parecchi km, ne convertiro' magari il 50%.



L' exergia  e' una funzione che misura per ogni quantita' di energia
disponibile
l'entita' del lavoro meccanico (e sottolineo lavoro meccanico) che da questa
puo'
essere idealmente ottenuto (ovvero la quantita' massima ottenibile).
E' un termine che fu proposto da Z. Rant nel 1956 per sostituire i nomi con
cui
questa grandezza era in precedenza denominata, ad esempio: energia
utilizzabile,
oppure availability o technical working capacity e molti altri
P.V.

 energia a norma del II principio.
L' exergia  e' una funzione che misura per ogni quantita' di energia
disponibile l'entita' del lavoro meccanico (e sottolineo lavoro meccanico)
che da questa puo'essere idealmente ottenuto (ovvero la quantita' massima
ottenibile).
E' un termine che fu proposto da Z. Rant nel 1956 per sostituire i nomi con
cui questa grandezza era in precedenza denominata, ad esempio: energia
utilizzabile,oppure availability o technical working capacity e molti altri
P.V.
-- 
questo articolo e` stato inviato via web dal servizio gratuito 
http://www.newsland.it/news
 segnala gli abusi ad 
ab...@newsland.it


Come idea generale ci siamo, ma per dirla molto semplicemente e senza
entrare nei dettagli
l'exergia e' una funzione che per ogni quantita' di energia disponibile
misura l'entita' del
lavoro meccanico (e sottolineo meccanico) che da questa puo' essere
idealmente ottenuto ovvero
il massimo lavoro meccanico ottenibile
P.V.


L'exergia e' una funzione che misura per ogni quantita' di energia
disponibile
l'entita' del lavoro meccanico (e sottolineo lavoro meccanico) che da questa
puo' essere idealmente ottenuto
(in parole povere la quantita' massima di lavoro meccanico ottenibile da una
quantita' di energia)
P.V.

 Ovvero e' un  sinonimo di "energia libera"?
Beh, per un sistema chiuso in equilibrio termico con l'esterno
(leggasi bombola di gas compresso a temperatura ambiente), l'exergia 
corrisponde al (massimo) lavoro da esso ottenibile con un'espansione 
(reversibile) che finisca nello "stato morto" di equilibrio TD con 
l'ambiente, cioe' corrisponde proprio alla differenza fra l'energia 
libera iniziale e quella finale.
In generale pero' l'exergia e' una grandezza che viene introdotta per 
riformulare il II principio in modo tale da evidenziare direttamente i
limiti che esso impone a trasformazioni energetiche di qualsiasi tipo.
Mi spiego con un esempio non banale, di evidente interesse tecnico.
Consideriamo un sistema aperto attraversato da un fluido in moto.
Tutte le grandezze sono intese specifiche ed il regime sia stazionario.
In ogni punto l'energia e' la somma di entalpia, energia cinetica ed 
energia potenziale. Queste grandezze siano note alla sezione di 
ingresso; alla sezione d'uscita sono determinate dall'ambiente.
Qual'e' il massimo lavoro teoricamente estraibile da tale sistema (con
turbine ecc.)? 
Il punto cruciale e' che per il II principio non tutta la differenza 
tra l'energia in ingresso e quella in uscita (allo stato morto) e' 
trasformabile in lavoro. Solo la frazione dell'energia iniziale detta 
exergia e' utile a tale scopo.
Naturalmente tale discorso ha senso poiche' l'exergia delle varie forme
di energia e' calcolabile. Seppure di interesse prevalentemente tecnico, 
tale approccio e' squisitamente termodinamico, poiche' consente di 
valutare la "capacita' di lavoro" massima teorica del flusso disponibile
in ingresso, prescindendo dalla natura dei particolari processi che 
avvengono all'interno del sistema.


 energia potenziale.
Boh...


> energia potenziale.
Stavo considerando un sistema TD (attraversato da un fluido in moto 
stazionario), avente per frontiera un tubo di flusso con una sezione di
ingresso ed una sezione di uscita. Per un sistema "aperto" siffatto si 
dimostra che il I principio assume la forma:
calore - lavoro = Delta(entalpia + en.cinetica + en.potenziale)
ove tutte le grandezze sono intese specifiche (ossia rapportate alla 
massa che attraversa una qualsiasi sezione) ed il Delta si riferisce alle
sezioni di uscita e di ingresso. In particolare l'addendo pv (che nel 
termine entalpico e' aggiunto all'energia interna) e' imputabile alla 
variazione di volume che la massa fluida subisce tra tali sezioni.
Cio' premesso, rimarrebbe da discutere l'applicazione del II principio 
a tale sistema, cioe' appunto il calcolo dell'exergia.


 restrizioni _teoriche_ di trasformazione: sono "exergia" pura.
Scusa, ma in un altro messaggio "artemis" diceva che nemmeno l'energia 
elettrica e' exergia pura. Ha sbagliato?


 elettrica e' exergia pura. Ha sbagliato?
Ha pasticciato un po'. Si puo' formulare il II principio asserendo che:
- nei processi reversibili l'exergia si conserva;
- nei processi irreversibili l'exergia si trasforma (almeno parzialmente)
  in anergia.
Non vi sono restrizioni _teoriche_ alla conversione di energia elettrica
in lavoro e viceversa, quindi l'energia elettrica e' exergia.
Ovviamente in realta' a rigore le trasformazioni reversibili non esistono,
ma sono solo casi limite di trasformazioni reali: in pratica quindi non 
si osserva mai una perfetta conservazione dell'exergia, ma questo e' un 
altro discorso.
PS: Entrambi apprezziamo il Callen.
Nel $4-5 "The maximum work theorem", la "reversible heat source" (intesa
come "thermal reservoir" ossia come termostato) insieme con la "reversible 
work source" costituiscono quello che io ho chiamato "ambiente".
Il testo spiega chiaramente come applicare il II principio per calcolare
il "maximum work", cioe' in pratica spiega come calcolare l'exergia.


 elettrica e' exergia pura. Ha sbagliato?
Al momento non esiste un modo per convertire l'energia elettrica in 
un'altra qualsiasi forma, senza perdere qualcosa. Se ci pensi bene, 
anche l'energia meccanica tuttavia non è exergia al 100%. Ogni 
automobile la sfrutta più o meno a seconda della qualità del motore, c'è 
quella che con 1 lt a 100 Km/h fa 20 Km e quella con 1 lt che ti fa 7 Km 
alla stessa velocità. Eppure la benzina sempre quella è...
Ciao
Artemis

 un'altra qualsiasi forma, senza perdere qualcosa.
Si', ma il discorso e' in linea di principio. Ed in linea di principio 
l'energia elettrica puo' essere convertita in altri tipi di lavoro con 
efficienza che tende a 1.


 Ed in linea di principio l'energia elettrica puo' essere convertita 
 > in altri tipi di lavoro con efficienza che tende a 1.
Appunto, che "tende" a 1, quindi già in linea di principio, il 100% di 
exergia non lo ottieni (e infatti avevo già specificato in passato che 
ottieni nella migliore delle ipotesi il 99% di exergia e l'1% di 
anergia). Immaginiamoci nella realtà.
Artemis

 exergia non lo ottieni
No, se tende ad 1 vuol dire che nel caso ideale - che e', appunto, 
pensabile come limite dei casi reali - il rendimento e' proprio 1.


 sezioni.
A quanto pare, ci sono problemi gia' nel I principio...
Il termine PV di cui parli si mette nell'entalpia per tener conto del
*lavoro* fatto quando la trasf. e' a pressione costante, in modo che
che valga Q = Delta H.
Evidentemente nell'espressione che hai scritta sora a primo membro
quel lavoro non c'e' (si deve trattare di altro lavoro...) altrimenti
sarebbe contato due volte.
Comunque ci rinuncio...


 E' quello che succede in qualunque trasf. adiabatica.
Qui c'e' un equivoco, dimentichi il fattore "ambiente".
L'energia interna e' una funzione dello stato (iniziale) del sistema, 
l'ambiente determina lo stato finale del sistema. Il II principio fissa 
un minimo per lo scambio di calore tra sistema primario ed ambiente, la
trasformazione non puo' dunque essere adiabatica.
Cito esplicitamente dal Callen 4.5 "the maximum work theorem", che e' 
una diretta conseguenza del II principio:
"For all processes leading from the specified initial state to the 
specified final state of the primary system, the delivery of work is 
maximum (and the delivery of heat is minimum) for a reversible process.
Furthermore the delivery of work (and of heat) is identical for every 
reversible process."
Il massimo lavoro suddetto e' l'exergia dell'energia interna dello 
stato iniziale. Il teorema mostra rigorosamente che l'exergia e' una 
grandezza definita in modo univoco (e calcolabile).



Tema difficile. Occorre dire che dal poco che ho
inteso l'exergia e' associata con la modalita' idealizzata
di produzione del lavoro in una precisa macchina termica.
Per esempio una macchina basata sul trasferimento di
calore fra due sorgenti a temperature assegnate non
ammette mai rendimento unitario, pure se si ammette
che passi per infiniti stati di equilibrio. Il rendimento e'
limitato dal secondo principio, mediante la nota espressione
per il rendimendo ideale: 1- (T<)/(T>).
Anzitutto occorre specificare come e' accumulata
in concreto questa energia elettrica. E' in un
condensatore? E' in un campo magnetico associato
alla corrente di un superconduttore? E' in un onda
elettromagnetica dentro una guida d'onda?
Per esempio se si tratta di un condensatore allora
un modo di estrarre lavoro meccanico da questo
condensatore puo' essere alimentare un motore
elettrico. Come funziona questo motore elettrico?
Per esempio e' una dinamo inversa. Cosa e' allora
il rendimento ideale di questo motore? Temo sia
difficile rispondere a questa domanda, tuttavia
possiamo certamente affermare che esiste una
limitazione alla produzione di energia. Questa limitazione
e' dovuta alla circostanza che pur se riuscissi ad
estrarre tutta l'energia meccanica trasferita a ciascuno
degli elettroni in movimento,
Facciamo un esempio piu' idealizzato e semplice:
abbiamo un condensatore piano su cui appoggiamo una
punta che emette una quantita' di elettroni in misura
del campo elettrico e facciamo l'ipotesi ideale di
riuscire ad estrarre tutta l'energia meccanica ceduta
dal campo elettrico a ciascuno di questi elettroni.
Pero' emerge un problema: qual'e' il campo elettrico
che agisce sulle cariche? Se assumiamo sia quello
del condensatore in assenza di cariche interne, ovvero
fingiamo che la carica trasportata non abbia influenza
sul campo, troviamo che in tal caso il rendimento sarebbe unitario.
Ma questo solo nella misura in cui sia lecito dimenticare l'energia
dissipata nel riarrangiamento delle carica e la macchina considerata
sia idealmente in grado di estrarre tutta l'energia meccanica
dall'elettrone.
Ovvero nella misura in cui e' lecito dimenticare che l'elettrone, in
condizioni
di moto, pure se lento da' luogo ad una serie di cariche immagine che vanno
a correggere il potenziale di interazione. Il riarrangiamento delle
cariche comporta sempre, inevitabilmente, che una parte dell'energia
elettrica del campo venga dissipata e non possa essere utilizzata
per alimentare una macchina. Quanto meno l'energia di estrazione.
Per quanto riguarda una batteria la situazione e' ancora piu' complessa.
Quale e' in tal caso l'energia elettrochimica che genera corrente e di
questa quanta puo' generare lavoro meccanico? Non sono argomenti
semplici. Non mi sembra che si possano nemmeno liquidare con un
generico: non e' ben definita. Quello che andrebbe definito e' cosa si
intende per condizioni ideali, io direi che si dovrebbe intendere di
minima produzione di entropia compatibile con il funzionamento di
una certa macchina. Tuttavia l'entropia di un sistema elettromagnetico e'
lungi
dall'essere una nozione elementare. C'e' un campo elettromagnetico,
ci sono le sue sorgenti elementari... Mi fermo per un attimo a pensare.
                                                                   Auguri di Buona Pasqua.
--------------------------------
Inviato via 
http://arianna.libero.it/usenet/

 pensabile come limite dei casi reali - il rendimento e' proprio 1.
Ah intendevi proprio dal punto di vista matematico il "tende" :)
Comunque non è stato un errore quello che ho scritto, io mi riferivo 
ovviamente alla realtà, i modelli ideali non li considero, se non 
specificando prima la sua natura.
Artemis

 generico: non e' ben definita. 
IMHO invece se si imposta il discorso in questo modo avrebbe ragione 
Fabri a sostenere che l'exergia e' una grandezza mal definita. 
Ma in queste condizioni anche l'entropia e' una grandezza mal definita: 
ti sfido a definire la differenza di entropia tra due stati di carica 
di una batteria (reale).
In tutta generalita', ritengo che si debba limitare l'uso delle grandezze
TD alle situazione nelle quali sia definito, almeno in linea di principio,
un metodo operativo di misura o una precisa teoria di calcolo, altrimenti
la termodinamica diventa metafisica.
In un vecchio post del 2000 scrivevo:
"Invece molte discussioni di gran moda sul secondo principio travalicano
vistosamente qualsiasi ragionevole canone di scientificita'.
La morte termica dell'universo e' un dogma, l'aumento di entropia 
insita in ogni fenomeno macroscopico (a rigore sempre irreversibile) e' 
una verita' rivelata. Non e' scienza, e' religione. I fondamentalisti 
di questo credo  sono certi che anche schiacciando una zanzara si 
accresca l'entropia del sublime tao e giudicano un mentecatto chiunque 
osi mettere in dubbio che affermazioni del genere siano realmente 
significative."
Buona Pasqua!


 Valgioie (TO)
Rinnovo gli auguri per una buona Pasqua.
