Ma il calore va solo da ciò che più caldo a ciò che è più freddo ?

[das]

La domanda sembrerà banale a tutti voi ma è da quando ho studiato termodinamica che me la pongo e ho sempre perso l'occasione di chiederla al prof.

Consideriamo due oggetti ad una certa distanza nel vuoto e a due differenti temperature.

I due corpi stanno dunque scambiandosi calore per irraggiamento.

Entrambi i corpi irradiano energia, ma quello più caldo ne irradia di più di quella che riceve da quello freddo dunque complessivamente si raffredda.

Viceversa per quello freddo che invece si riscalda.

E fin quì siamo tutti daccordo.


Poniamo ora nel mezzo ai due corpi inserisco uno di quegli specchi che fanno passare la luce in un solo verso, e lo rivolgo in modo che le radiazioni emesse dal corpo caldo tornino indietro mentre quelle emesse dal corpo freddo passino indisturbate.


In questo caso il corpo caldo dovrebbe riscaldarsi e quello freddo raffreddarsi, ma ciò sappiamo tutti che non è possibile.

Allora come si spiega la faccenda ?


Grazie

[Beppe82]

Originariamente inviato da das

In questo caso il corpo caldo dovrebbe riscaldarsi e quello freddo raffreddarsi, ma ciò sappiamo tutti che non è possibile.

Grazie

perchè dovrebbe scaldarsi?

si potrebbe scaldare solo se lo "specchio" potesse far rimbalzare le radiazioni totalmente sul corppo caldo , o almeno in misura maggiore di Eemessacorpocaldo - Eemessacorpofreddo, supponendo che lo scambio sia solo fra i due corpi e l'energia NON vada "dispersa" nel vuoto

nel caso dello specchio è quindi normale che il corpo caldo si raffreddi, a meno di non verificare l'ipotesi sopra

[JL_Picard]

non proprio...

Primo caso (senza specchio)

quello che succede ai due corpi dipende anche dalla distanza...

il corpo più caldo sicuramente riceve meno energia di quanta ne emetta, per cui sicuramente si raffredda.

Per il corpo più freddo la cosa non è immediata come hai scritto tu.

infatti egli riceve solo una parte della radiazione emessa dal corpo più caldo.

per cui non puoi sapere quale sarà il bilancio energetico e quindi non puoi affermare con certezza come varierà la sua temperatura.

Secondo caso (specchio semiriflettente).

Corpo più caldo:

energia emessa = X

energia ricevuta = Y + Z

ove Y è la quota riflessa dallo specchio ( e quindi pari ad una frazione di X)
Z = energia proveniente dal corpo più freddo ed assorbita dal corpo caldo.

supponendo che lo specchio sia piano e finito...

poichè il corpo caldo irraggia in tutte le direzioni, solo una quota di X investe lo specchio e per le leggi della riflessione, solo una parte quasi trascurabile viene riflessa verso il corpo.

inoltre solo una piccola parte dell'energia emessa dal corpo freddo finisce per investire il corpo caldo, per cui è molto improbabile che il bilancio energetico del corpo più caldo sia tale da portare ad un aumento di temperatura.

Inoltre lo specchio ha pure lui una sua temperatura, per cui anch'esso irraggia e quindi il sistema diventa più complesso...

stai tranquillo che la termodinamica non viene violata...

[soulinafishbowl]

I due corpi devono essere in grado di scambiare energia liberamente tra di loro... altrimenti potresti confutarla la seconda legge della termodinamica semplicemente mettendo un isolante tra di essi: avresti due corpi a differente temperatura che rimarrebbero tali...

E' come mettere una barriera osmotica in un contenitore con un gas: alla fine tutto le molecole di gas si troveranno in una sola parte del contenitore.

[stbarlet]

Dove la mettiamo la temperatura?


Il corpo più caldo emetterà radiazioni in una certa banda.. quello più freddo, farà la stessa cosa, ma tutti i suoi quanti avranno energia minore o al limite uguale di quelli emessi dal corpo più caldo!

[das]

Originariamente inviato da JL_Picard

non proprio...

Primo caso (senza specchio)

quello che succede ai due corpi dipende anche dalla distanza...

il corpo più caldo sicuramente riceve meno energia di quanta ne emetta, per cui sicuramente si raffredda.

Per il corpo più freddo la cosa non è immediata come hai scritto tu.

infatti egli riceve solo una parte della radiazione emessa dal corpo più caldo.

per cui non puoi sapere quale sarà il bilancio energetico e quindi non puoi affermare con certezza come varierà la sua temperatura.

Secondo caso (specchio semiriflettente).

Corpo più caldo:

energia emessa = X

energia ricevuta = Y + Z

ove Y è la quota riflessa dallo specchio ( e quindi pari ad una frazione di X)
Z = energia proveniente dal corpo più freddo ed assorbita dal corpo caldo.

supponendo che lo specchio sia piano e finito...

poichè il corpo caldo irraggia in tutte le direzioni, solo una quota di X investe lo specchio e per le leggi della riflessione, solo una parte quasi trascurabile viene riflessa verso il corpo.

inoltre solo una piccola parte dell'energia emessa dal corpo freddo finisce per investire il corpo caldo, per cui è molto improbabile che il bilancio energetico del corpo più caldo sia tale da portare ad un aumento di temperatura.

Inoltre lo specchio ha pure lui una sua temperatura, per cui anch'esso irraggia e quindi il sistema diventa più complesso...

stai tranquillo che la termodinamica non viene violata...

Ok, ma io parlavo dal punto di vista termodinamico, non della realizzazione pratica.

Al limite i due corpi possono essere considerati ciascuno all'interno di due scatole le cui pareti interne sono a specchio. In ciascuna delle due scatole facciamo un buco e i due buchi li mettiamo l'uno a contatto dell'altro interponendoci però lo specchio semiriflettente.

Adesso X = Y e la tua spiegazione non funziona più.

[AlexGatti]

Originariamente inviato da das

Poniamo ora nel mezzo ai due corpi inserisco uno di quegli specchi che fanno passare la luce in un solo verso, e lo rivolgo in modo che le radiazioni emesse dal corpo caldo tornino indietro mentre quelle emesse dal corpo freddo passino indisturbate.


In questo caso il corpo caldo dovrebbe riscaldarsi e quello freddo raffreddarsi, ma ciò sappiamo tutti che non è possibile.

Allora come si spiega la faccenda ?

Grazie

Ma esistono specchi che fanno passare la luce da un solo verso? A me non pare. Ergo la situazione che hai detto è impossibile.
Edit: lo specchio SEMIriflettente:
- da un lato è riflettente, ma non del tutto, cioè una percentuale dei raggi che colpiscono il lato riflettente passano comunque dall'altra parte
- dall'altro lato è opaco, ma non del tutto in quanto una percentuale dei raggi che colpiscono il lato riflettente passano comunque dall'altra parte

Dunque anche in questo caso l'effetto non sarebbe quello che hai detto tu in quanto se la percentuale di raggi che passano è del 50% vuol dire che il 50% dei raggi emessi dall'oggetto caldo arriva all'oggetto freddo e viceversa il 50% dei raggi dell'oggetto freddo, arriva all'oggetto caldo.

[stbarlet]

è una questione di "qualità" di energia.

[Lucrezio]

Originariamente inviato da das

Ok, ma io parlavo dal punto di vista termodinamico, non della realizzazione pratica.

Al limite i due corpi possono essere considerati ciascuno all'interno di due scatole le cui pareti interne sono a specchio. In ciascuna delle due scatole facciamo un buco e i due buchi li mettiamo l'uno a contatto dell'altro interponendoci però lo specchio semiriflettente.

Adesso X = Y e la tua spiegazione non funziona più.

Attento!
Stai realizzando due sistemi "sleali"!
Il primo, infatti, si può considerare come un sistema chiuso, ma con un flusso netto di energia positivo (quello dalla parte riflettente dello specchio intermedio), l'altro come un sistema chiuso ma con un flusso netto di energia negativo.
Inoltre stai supponendo che le pareti a specchio abbiano capacità termica nulla e siano perfettamente isolanti.
Supponendo di aver realizzato un sistema del genere, al limte termodinamico, il primo corpo continuerebbe a raffreddarsi, il secondo a scaldarsi.
Questo NON è in contraddizione con il secondo principio della termodinamica (nella forma "non è possibile costruire una macchina il cui unico risultato sia di trasferire calore da un corpo più freddo ad uno più caldo"), in quanto non hai costruito una macchina: per farlo dovresti chiudere il ciclo, rompendo l'isolamento di entrambi i sistemi e - quindi - rendendo impossibile la tua costruzione

Non so se sono stato chiaro...

[das]

Originariamente inviato da Lucrezio

Attento!
Stai realizzando due sistemi "sleali"!
Il primo, infatti, si può considerare come un sistema chiuso, ma con un flusso netto di energia positivo (quello dalla parte riflettente dello specchio intermedio), l'altro come un sistema chiuso ma con un flusso netto di energia negativo.
Inoltre stai supponendo che le pareti a specchio abbiano capacità termica nulla e siano perfettamente isolanti.
Supponendo di aver realizzato un sistema del genere, al limte termodinamico, il primo corpo continuerebbe a raffreddarsi, il secondo a scaldarsi.
Questo NON è in contraddizione con il secondo principio della termodinamica (nella forma "non è possibile costruire una macchina il cui unico risultato sia di trasferire calore da un corpo più freddo ad uno più caldo"), in quanto non hai costruito una macchina: per farlo dovresti chiudere il ciclo, rompendo l'isolamento di entrambi i sistemi e - quindi - rendendo impossibile la tua costruzione

Non so se sono stato chiaro...

Il calore specifico dello specchio riguarda il lato tecnologico, io sto parlando in linea di principio.
Se i raggi venissero riflessi al 100% il calore specifico sarebbe ininfluente, e se è vero uno specchio perfetto non può esistere è anche vero che non esiste nessun principio fisico per cui non mi possa avvicinare a questa perfezione quanto mi pare.

Quello che non mi torna è che effettivamente un sistema del genere (che evidentemente non funziona ma non so perchè) violerebbe il 2 principio.
Infatti considerando come sistema chiuso queste due sfere l'entropia diminuirebbe anziché aumentare e questo non è possibile.

[soulinafishbowl]

Odio autoquotarmi, ma...

Originariamente inviato da soulinafishbowl

I due corpi devono essere in grado di scambiare energia liberamente tra di loro...

Per fare la tua affermazione, non serve neppure il secondo corpo, basta prendere un qualsiasi oggetto e chiuderlo in un contenitore fatto di quell'ipotetico materiale unidirezionale. Allora si raffredderebbe sempre di piu', indipendentemente dalla temperatura dell'ambiente.

Inoltre...
...perche' violare solo il secondo principio?
Il principio zero afferma che se A e B sono in equilibrio termico (stessa temperatura) con C, allora lo sono tra di loro. Il contenitore, se aspetti abbastanza, sara' in equilibrio termico con l'ambiente esterno, e l'oggetto al suo interno sara' in equilibrio col contenitore.
L'unico modo per evitare di violare il principio zero e' che il tuo specchio sia perfettamente isolante (almeno da un lato).


PS:

Il calore specifico dello specchio riguarda il lato tecnologico, io sto parlando in linea di principio.

un sistema del genere (che evidentemente non funziona ma non so perchè

Perche' il calore specifico dello specchio riguarda il rispetto delle leggi della fisica, anche in linea di principio.
Non puoi avere uno specchio a calore specifico nullo. Dunque il principio zero sara' rispettato, e il secondo pure.

[das]

Originariamente inviato da soulinafishbowl

Odio autoquotarmi, ma...




Per fare la tua affermazione, non serve neppure il secondo corpo, basta prendere un qualsiasi oggetto e chiuderlo in un contenitore fatto di quell'ipotetico materiale unidirezionale. Allora si raffredderebbe sempre di piu', indipendentemente dalla temperatura dell'ambiente.

Ma quell'ipotetico materiale unidirezionale, esiste non è un astrazione. L'unica cosa è che non può essere del tutto riflettente da un lato e neppure opaco al 100& dall'altro. ACQUISITO CIO', nulla mi impedisce a livello teorico di avvicinarmi a questo 100%. Se non raggiungo 100, posso sempre raggiungere (teoricamente) 99,99999999999. E il problema continua a sussistere. (sussiterebbe anche con l'1%)
Sìi può mettere anche come l'hai messa tu: un corpo che si raffredda all'interno dello specchio unidirezionale, il problema resta il solito..

Inoltre...
...perche' violare solo il secondo principio?
Il principio zero afferma che se A e B sono in equilibrio termico (stessa temperatura) con C, allora lo sono tra di loro. Il contenitore, se aspetti abbastanza, sara' in equilibrio termico con l'ambiente esterno, e l'oggetto al suo interno sara' in equilibrio col contenitore.
L'unico modo per evitare di violare il principio zero e' che il tuo specchio sia perfettamente isolante (almeno da un lato).


PS:


Perche' il calore specifico dello specchio riguarda il rispetto delle leggi della fisica, anche in linea di principio.
Non puoi avere uno specchio a calore specifico nullo. Dunque il principio zero sara' rispettato, e il secondo pure.

Non capisco cosa c'entri il calore specifico dello specchio. Per quello poi si può fare lo stesso discorso di sopra, teoricamente non può essere 0, ma può essere 0,00000000000000001: il principio 0 continua a valere, aumenta solo il tempo per l'equilibrio, ma è il 2 che mi da da pensare

[soulinafishbowl]

Originariamente inviato da das

Ma quell'ipotetico materiale unidirezionale, esiste non è un astrazione. L'unica cosa è che non può essere del tutto riflettente da un lato e neppure opaco al 100& dall'altro. ACQUISITO CIO', nulla mi impedisce a livello teorico di avvicinarmi a questo 100%. Se non raggiungo 100, posso sempre raggiungere (teoricamente) 99,99999999999. E il problema continua a sussistere. (sussiterebbe anche con l'1%)
Sìi può mettere anche come l'hai messa tu: un corpo che si raffredda all'interno dello specchio unidirezionale, il problema resta il solito..

Non sto contestando l'esistenza dello specchio, sto solo dicendo che in sua presenza non ha senso dire che il 2o principio viene violato, dato che hai un filtro che permette il passaggio di energia in un unico senso e quindi i due oggetti NON sono in contatto termico.

Non capisco cosa c'entri il calore specifico dello specchio. Per quello poi si può fare lo stesso discorso di sopra, teoricamente non può essere 0, ma può essere 0,00000000000000001: il principio 0 continua a valere, aumenta solo il tempo per l'equilibrio, ma è il 2 che mi da da pensare

Scusami, in realta' ho abusato del principio 0, riguarda solo la transitivita' dell'equilibrio e non il fatto che lo si possa o meno raggiungere.

[AlexGatti]

Originariamente inviato da das

Ma quell'ipotetico materiale unidirezionale, esiste non è un astrazione. L'unica cosa è che non può essere del tutto riflettente da un lato e neppure opaco al 100& dall'altro. ACQUISITO CIO', nulla mi impedisce a livello teorico di avvicinarmi a questo 100%. Se non raggiungo 100, posso sempre raggiungere (teoricamente) 99,99999999999. E il problema continua a sussistere. (sussiterebbe anche con l'1%)
Sìi può mettere anche come l'hai messa tu: un corpo che si raffredda all'interno dello specchio unidirezionale, il problema resta il solito..

Sono l'unico a credere che invece non esista?
Che io sappia uno specchio può essere parzialmente opaco da un lato e parzialmente riflettente dall'altro, per fare un esempio:
se il lato A riflette il 70% della luce che lo colpisce (e lascia passare il resto) allora il lato B assorbe il 70% della luce che lo colpisce (e lascia passare il resto)

Non c'è qualcosa che da un lato riflette il 70% della luce che lo colpisce e dall'altro ne assorbe il 40%.

Se avete esempi che non coincidono con questo fatemi sapere perchè sono curioso.

[Banus]

Originariamente inviato da AlexGatti

Sono l'unico a credere che invece non esista?
Che io sappia uno specchio può essere parzialmente opaco da un lato e parzialmente riflettente dall'altro, per fare un esempio:
se il lato A riflette il 70% della luce che lo colpisce (e lascia passare il resto) allora il lato B assorbe il 70% della luce che lo colpisce (e lascia passare il resto)

Infatti il problema si pone solo se lo specchio ha assorbanza zero (cioè tutta la luce incidente viene riflessa o trasmessa); in caso contrario, qualsiasi sia la sua capacità termica e temperatura iniziale, inizia a scambiare calore con i due oggetti finchè i due oggetti e lo specchio raggiungono la stessa temperatura.

Uno specchio ad assorbanza zero e con diversa riflettività sui due lati (non è necessario 100%-0%, è sufficiente che siano differenti) è una realizzazione del demone di Maxwell; vale a dire, è un sistema che senza assorbire energia è capace di ottenere informazioni sui fotoni scambiati fra i due oggetti. In particolare l'informazione è la direzione dei fotoni incidenti.
Un esempio analogo nel caso dei gas è un rubinetto fra due contenitori che lascia passare gli atomi solo se la direzione è da sinistra a destra: non è difficile vedere che, aspettando un tempo sufficiente, il contenitore a sinistra si sarà svuotato, e avrai un sistema isolato nel quale è diminuita spontaneamente l'entropia.
I "demoni di Maxwell" sono sistemi paradossali solo se si trascurano i dettagli dell'implementazione; nel caso reale uno specchio semiriflettente è costretto a filtrare alcuni fotoni per ottenere l'effetto voluto, oppure è necessario fornire energia per leggere la direzione dei fotoni senza assorbirli.

[hibone]

Originariamente inviato da das

La domanda sembrerà banale a tutti voi ma è da quando ho studiato termodinamica che me la pongo e ho sempre perso l'occasione di chiederla al prof.

Consideriamo due oggetti ad una certa distanza nel vuoto e a due differenti temperature.

I due corpi stanno dunque scambiandosi calore per irraggiamento.

Entrambi i corpi irradiano energia, ma quello più caldo ne irradia di più di quella che riceve da quello freddo dunque complessivamente si raffredda.

Viceversa per quello freddo che invece si riscalda.

E fin quì siamo tutti daccordo.


Poniamo ora nel mezzo ai due corpi inserisco uno di quegli specchi che fanno passare la luce in un solo verso, e lo rivolgo in modo che le radiazioni emesse dal corpo caldo tornino indietro mentre quelle emesse dal corpo freddo passino indisturbate.




In questo caso il corpo caldo dovrebbe riscaldarsi e quello freddo raffreddarsi, ma ciò sappiamo tutti che non è possibile.

Allora come si spiega la faccenda ?


Grazie

hai fatto i conti senza l'oste... le radiazioni termiche si chiamano infrarosso...

a parte questo dovresti farti un piccolo corso di fisica tecnica.
in terzo luogo farei un attimino mente locale su cosa sia materialmente la temperatura, su cosa sia di conseguenza il calore, e sulla differenza tra materiale reale e ideale.


http://en.wikipedia.org/wiki/Ludwig_Boltzmann

[Lucrezio]

Il sistema non viola il secondo principio della termodinamica perché non puoi sfruttarlo per costruire una macchina: con quel sistema puoi avere solo un ramo di ciclo, e non un ciclo completo!
Questo, a mio avviso, è il punto!

[hibone]

Originariamente inviato da Lucrezio

Il sistema non viola il secondo principio della termodinamica perché non puoi sfruttarlo per costruire una macchina: con quel sistema puoi avere solo un ramo di ciclo, e non un ciclo completo!
Questo, a mio avviso, è il punto!

ihmo il problema è la domanda stessa...

il calore è una variazione di temperatura.
La temperatura è una misura dell'energia cinetica media delle particelle di un materiale.

è evidente che l'energia cinetica delle particelle si trasmette naturalmente secondo il cammino più favorevole cioè quella particolare configurazione termodinamica che ha più probabilità di realizzarsi.

In altri termini il problema non è che il calore va solo ma è che il calore va per natura da corpi caldi a corpi freddi

Per analogia si può esaminare l'esperimento di maxwell famoso appunto per il "diavoletto" relativo all'espansione (adiabatica?! ) dei gas.

l'espansione avviene perchè la configurazione "espansa" è più probabile di quella "compressa" se fosse possibile realizzare un filtro unidirezionale ideale si potrebbe realizzare anche il caso "meno probabile"

se non ricordo male tale filtro andrebbe contro il 3° principio della termodinamica per cui l'entropia dell'universo può solo aumentare o rimanere costante, e non diminuire. Quindi non è realizzabile

Spero di non aver detto cazzate o trascurato qualcosa.

[Banus]

Originariamente inviato da Lucrezio

Il sistema non viola il secondo principio della termodinamica perché non puoi sfruttarlo per costruire una macchina: con quel sistema puoi avere solo un ramo di ciclo, e non un ciclo completo!
Questo, a mio avviso, è il punto!

C'è anche un'altra formulazione del secondo principio della termodinamica (brutti ricordi di fisica tecnica ), e cioè che in un sistema isolato l'entropia non può diminuire, e questo viene violato
Infatti nulla ti vieta di prendere il sistema con i due oggetti e lo specchio, e mettere una macchina di Carnot fra i due oggetti per ricavare lavoro dalla differenza di temperatura. Una volta che i due oggetti hanno raggiunto la stessa temperatura, aspetti che si formi una differenza grazie allo specchio, e ricolleghi la macchina... e così via finchè non riesci a convertire più energia termica possibile in lavoro. Già al secondo passo hai superato l'efficenza massima teorica

[das]

Originariamente inviato da Banus

Infatti il problema si pone solo se lo specchio ha assorbanza zero (cioè tutta la luce incidente viene riflessa o trasmessa); in caso contrario, qualsiasi sia la sua capacità termica e temperatura iniziale, inizia a scambiare calore con i due oggetti finchè i due oggetti e lo specchio raggiungono la stessa temperatura.

La tua spiegazione è convincente, però non mi torna ancora una cosa.
Supponiamo che la temperatura iniziale dello specchio sia uguale a quella del corpo freddo e che abbia una capacità termica altissima.
Esiste un tempo necessario al raggiungimento dell'equilibrio.
Durante questo tempo il calore continua a fluire nella direzione sbagliata.