ciclo¹

Lessico

[sec. XVI; dal latino cyclus, che risale al greco kýklos, cerchio, giro].

1) In geometria, sinonimo di curva chiusa e, meno frequentemente, di angolo giro. In algebra, è detto ciclo di ordine n un gruppo di sostituzioni su n elementi, che portano il primo elemento nel secondo, poi il secondo nel terzo, ..., il penultimo nell'ultimo e infine l'ultimo di nuovo nel primo.

2) In botanica, complesso degli elementi fogliari (foglie, brattee, antofilli, ecc.) di una pianta inseriti su un unico nodo a due o più per volta (per cui si distinguono cicli dimeri, trimeri, tetrameri, ecc.); è sinonimo di verticillo. Anche insieme delle foglie che si trovano sulla spirale generatrice nel tratto compreso fra una foglia qualsiasi e quella a essa successiva (o precedente) situata sulla medesima ortostica.

3) Nel linguaggio scientifico, successione di fenomeni diversi o di varie fasi dello stesso fenomeno, che possono ripetersi periodicamente; anche il periodo di tempo in cui avviene ciascuna fase o l'intera successione. Più in particolare: A) in astronomia, ciclo del calendario, determinati intervalli di tempo introdotti in varie epoche per evitare lo sfasamento tra date civili e date astronomiche, o, in particolare, per calcolare la data della Pasqua. Per esempio, il ciclo lunare, o ciclo di Metone, è costituito da 19 anni giuliani (anni di 365,25 giorni), intervallo di tempo dopo il quale le fasi della Luna si ripetono alla stessa data; il ciclo solare è costituito da 28 anni giuliani e costituisce l'intervallo di tempo dopo il quale i giorni della settimana si ripetono nello stesso ordine alla stessa data; il ciclo pasquale è costituito da 532 anni dopo i quali le date della Pasqua tornano a essere le stesse. B) In astrofisica, ciclo solare, periodo di circa 11 anni che intercorre tra due periodi di massima attività del Sole. C) In biochimica, ordinata successione di reazioni chimiche enzimatiche che provocano negli organismi viventi la trasformazione dei composti organici con liberazione di energia utilizzata per la sintesi di nuovi composti. Tipico esempio di ciclo biochimico è il ciclo di Krebs che nel metabolismo ha la funzione di portare a termine l'ossidazione dei carboidrati, dei grassi e degli amminoacidi. D) In demografia, con l'espressione ciclo della famiglia si intende sottolineare l'evoluzione temporale di ogni nucleo familiare che nasce con una unione libera o matrimoniale, si sviluppa, solitamente, con la nascita dei figli, che si verifica in un tempo più o meno lungo, fino a raggiungere uno stadio di stazionarietà numerica. Successivamente il ciclo si contrae per l'uscita dei figli dalla famiglia sia perché questi si trasferiscono altrove per studio o lavoro, sia perché decidono di formare una nuova famiglia. Infine la famiglia si estingue per morte di uno o di entrambi i coniugi (o conviventi) o perché entrano a far parte di un'altra famiglia. E) In economia, ciclo produttivo, insieme delle operazioni e del tempo necessari per fabbricare un'unità di prodotto. Con ciclo commerciale si indica l'andamento oscillante nel tempo delle principali variabili macroeconomiche. F) In fisica e in matematica, l'insieme dei valori assunti in un periodo da una grandezza fisica periodica; si ripetono dopo un tempo uguale al periodo. Per estensione, l'insieme dei valori della variabile dipendente che si ripetono dopo un determinato intervallo di valori della variabile indipendente, prescindendo da considerazioni di ordine temporale; per esempio: ciclo di isteresi, ciclo di magnetizzazione, ecc. Il termine, talvolta, è usato anche quando le variabili non riprendono esattamente gli stessi valori assunti precedentemente; si parla in questo caso di cicli aperti. Nel caso però di cicli termodinamici ciò è escluso: si tratta sempre di cicli chiusi. G) In geochimica, serie ritmica di processi chimici, biochimici e petrografici che determinano la migrazione degli elementi chimici dai magmi agli strati superiori della Terra, alla biosfera. Possono prevalere le trasformazioni inorganiche (ciclo geochimico) o le trasformazioni operate da organismi viventi (ciclo biogeochimico). Ciclo ambientale, modello concettuale che rappresenta schematicamente l'insieme dei percorsi naturali di circolazione degli elementi e dei loro composti nei vari processi di tipo geologico, pedologico ed ecologico presenti nell'ambiente. I processi geologici, che costituiscono una parte del ciclo, hanno luogo nelle profondità del sottosuolo; iniziano con lo sprofondamento delle rocce sedimentarie e la loro trasformazione (diagenesi), talora con fasi a grande profondità (metamorfismo, metasomatismo) che possono generare rocce cristalline. I processi di tipo pedologico ed ecologico hanno luogo al di sopra della superficie terrestre. Essi hanno inizio con l'esposizione delle formazioni geologiche agli agenti atmosferici, la messa in circolazione di elementi e composti attraverso l'erosione e la lisciviazione, la loro migrazione attraverso i vari ecosistemi fino alla loro deposizione nei sedimenti marini con la formazione di rocce sedimentarie che in seguito a sprofondamento ritornano ai processi geologici chiudendo il ciclo. H) In informatica, ciclo di programma, la ripetizione di un gruppo d'istruzioni che può protrarsi indefinitamente o fino al verificarsi di una condizione. In ogni ciclo le istruzioni possono subire modificazioni negli indirizzi e negli operandi, ma le funzioni e la sequenza di esecuzione restano immutate. Ciclo di memoria, il tempo che una memoria di elaboratore impiega per leggere o registrare un'informazione unitaria in una determinata posizione; è dell'ordine dei milionesimi o dei miliardesimi di secondo. I) In meteorologia: a) ciclo climatico, ritmica alternanza del clima nell'andamento climatico di una regione, considerato in un lungo periodo di tempo; b) ciclo dell'acqua o ciclo idrologico, vedi acqua. J) In metrologia, sinonimo di periodo. Il termine ciclo/s è usato impropriamente per hertz, insieme ai multipli chilociclo/s e megaciclo/s, rispettivamente per kHz e MHz. K) Nella tecnica, ciclo di una macchina, la successione ordinata di operazioni sempre ripetentisi, effettuate da macchine, dette appunto cicliche. L) In elettrotecnica, il ciclo di carico è l'andamento temporale della potenza erogata o assorbita da una macchina o da un dispositivo e viene utilizzato per il loro dimensionamento. La conoscenza del ciclo di carico permette uno sfruttamento ottimale della macchina che, grazie alla sua inerzia termica, può essere sovraccaricata per un tempo limitato senza comprometterne il funzionamento.

4) Per estensione, concatenazione di fatti, imprese, opere che formano una serie organica e unitaria. In particolare: A) serie conclusa di avvenimenti che,secondo alcune teorie filosofiche, può ripetersi in forma analoga: ciclo storico. B) Complesso di leggende e tradizioni intorno a un personaggio, a una famiglia, a un determinato evento narrate in poesia o in prosa: ciclo brettone, carolingio, epico, classico, cavalleresco. Con senso più moderno, insieme di opere narrative o liriche di un solo autore, dotate ciascuna di una propria autonomia artistica, ma legate in qualche modo tra loro a formare un quadro di un'epoca, di una società, di un ambiente. C) Serie di opere figurative realizzate da uno stesso autore e ispirate a uno stesso soggetto fondamentale.

5) Con valore più generico, periodo d'istruzione o di addestramento, o comunque dedicato a un'attività specifica, suddiviso in una serie organizzata di fasi distinte (lezioni, conferenze, dibattiti e simili): ciclo di preparazione professionale; ciclo di relazioni mediche; nell'ordinamento scolastico elementare: ciclo didattico, suddivisione dei 5 anni dell'intero corso in due parti: prima e seconda classe nel primo ciclo, terza, quarta e quinta nel secondo.

Astrofisica

Con il nome di ciclo di Bethe si indicano due serie di differenti reazioni termonucleari che avvengono all'interno delle stelle: il ciclo del carbonio, o ciclo del carbonio-azoto, o ciclo di Bethe-Weizsäcker, e il ciclo dell'idrogeno, o ciclo protone-protone. Le reazioni nucleari dei cicli di Bethe sono esotermiche, cioè procedono con liberazione di energia. Il ciclo del carbonio porta come ultimo risultato alla fusione di quattro protoni, p, in un nucleo di elio (particella α) e alla produzione di due elettroni positivi e di due neutrini, ν, liberando 30 MeV sotto forma di raggi γ per ogni gruppo di reazioni del ciclo:

Il carbonio 12 funge quindi da catalizzatore. L'altro processo con il quale viene prodotta energia all'interno delle stelle, anche questo studiato da Bethe, è il ciclo dell'idrogeno. Rispetto a questo il ciclo del carbonio richiede temperature di innesco superiori (10-12 milioni di gradi invece di 4-5 milioni di gradi), nonché la presenza di carbonio e azoto; per contro, a temperature superiori ai 20 milioni di gradi, l'efficienza del ciclo del carbonio è superiore a quella del ciclo protone-protone. Per questo motivo, nei nuclei delle stelle leggere della sequenza principale, essendo queste a temperature relativamente basse, l'energia viene generata principalmente tramite il ciclo protone-protone, mentre nelle stelle più pesanti, o, meglio, più dense, potrà compiersi anche il ciclo del carbonio nella zona centrale più calda e più ristretta; attorno a questa vi sarà una zona a temperatura inferiore, nella quale predominerà il ciclo protone-protone. Le reazioni di questo ciclo sono:

Il simbolo ¹H indica il nucleo d'idrogeno, cioè il protone, p; il simbolo ²H indica il nucleo del deuterio e ³He e ⁴He indicano i nuclei di elio 3 ed elio 4.

Economia

Tradizionalmente lo studio dell'andamento dinamico dei sistemi macroeconomici è stato suddiviso nei due grandi fenomeni della crescita e del ciclo. Le economie capitaliste infatti manifestano una tendenza di lungo periodo alla crescita in termini reali caratterizzata tuttavia, nel breve periodo, da fluttuazioni cicliche. Tale suddivisione classica è stata sottoposta a critiche per almeno due motivi: da una parte si è appurata l'esistenza di interazioni con feedback tra le fluttuazioni di breve periodo e l'andamento tendenziale di lungo, per cui non è più possibile distinguere tra i due suddetti momenti; dall'altra non sempre le fluttuazioni cicliche hanno una natura temporanea, che si può limitare al breve periodo, ma in alcuni casi hanno natura permanente. Un ciclo economico o commerciale (con terminologia inglese business cycle) consiste in un'espansione che si manifesta in una più intensa attività economica, continuata fino al punto di inversione o svolta superiore (crisi) in cui l'ascesa dell'attività economica si arresta; inizia allora la fase di contrazione o recessione, caratterizzata dalla diminuzione dell'attività produttiva, continuata fino al punto d'inversione o svolta inferiore (ripresa) in cui l'attività produttiva ricomincia a espandersi. Schumpeter suddivide invece il ciclo economico in: prosperità, fase in cui produzione e occupazione aumentano a ritmo crescente, recessione, fase in cui aumentano a ritmo decrescente; depressione, fase in cui diminuiscono a ritmo crescente, e ripresa, fase in cui diminuiscono a ritmo decrescente. Quanto alla durata, Schumpeter ha suddiviso i cicli in: ciclo Kitchin o brevi (2-4 anni); ciclo Juglar o di media lunghezza (7-12 anni); ciclo Kondratieff o di lungo periodo (ca. 50 anni). Lo studio dei cicli economici, o, meglio, delle cause di tali oscillazioni, si affermò solo nel corso del sec. XIX. Dopo il 1820 gli economisti cominciarono a individuare segni di regolarità delle crisi, ad approfondirne le cause e a considerarle parte di un più ampio e generale movimento del sistema economico. Non si giunse però a una teoria del ciclo scientificamente sviluppata. La scuola neoclassica sviluppatasi negli ultimi decenni del secolo scorso infatti, nella convinzione che le economie tendessero spontaneamente all'equilibrio di piena occupazione, puntava l'attenzione soprattutto su fattori esogeni come possibili spiegazioni del ciclo; esempio di tale tendenza è l'ipotesi di S. Jevons secondo cui le macchie solari potevano avere un'influenza sul ciclo economico. Anche le aspettative sull'andamento futuro dell'economia venivano talora concepite come fattore esogeno. Molto presto tuttavia si iniziò a pensare che anche variabili endogene al sistema economico potessero essere responsabili degli andamenti ciclici. In quest'ottica si possono inserire le teorie del sottoconsumo secondo cui le rigidità dei prezzi di alcune merci impediscono al sistema dei prezzi di svolgere la funzione di eliminazione degli squilibri, tipica nella concezione neoclassica. Si realizzano dunque nella realtà successivi squilibri di segno opposto. Gli studiosi che fanno riferimento a questo filone – tra cui T. R. Malthus, S. Sismondi e J. M. Keynes –, si concentrano maggiormente nello studio delle fasi depressive del ciclo. Importanti sono, come già detto, le teorie basate sulle aspettative; tale fattore può essere visto sia come esogeno (nel processo di formazione) che come endogeno (in quello di propagazione). Tra di esse vanno annoverate le teorie di J. S. Mill e A. Marshall secondo le quali il ciclo sarebbe determinato dalle speculazioni sui beni realizzate dai commercianti spinti da variabili aspettative di profitto, ma anche l'idea keynesiana degli “spiriti animali” (animal spirits) degli imprenditori che rendono l'efficienza marginale del capitale – e quindi l'investimento reale – soggetto ad accentuate fluttuazioni. Di qui, tramite il moltiplicatore si generano fluttuazioni del livello di attività economica. Un'ulteriore spiegazione è data dalle teorie monetarie del ciclo; esse vedono nell'instabilità dovuta a fattori monetari e nell'andamento del saggio d'interesse le cause principali dei cicli economici. In questo ambito si può inserire il lavoro di R. G. Hawtrey, ma anche quello di K. Wicksell, intento a spiegare attraverso la moneta divergenze tra il saggio monetario d'interesse e quello naturale. Interessanti teorie del ciclo vengono fornite da K. Marx, secondo cui l'organizzazione capitalista porta intrinsecamente alla caduta tendenziale del saggio di profitto e quindi alla stazionarietà dell'economia a motivo della più rapida espansione del capitale costante su quello variabile, e da J. Schumpeter, secondo cui l'andamento ciclico sarebbe garantito dalle innovazioni, sia di processo sia di prodotto, poste in essere da imprenditori particolarmente abili intenti alla ricerca di maggiore profitto. Tali innovazioni distruggono situazioni consolidate, portando alcune imprese al fallimento e realizzando per altre sostanziosi profitti; successivamente si sviluppa il processo imitativo delle innovazioni, che contribuisce al raggiungimento di una nuova situazione di equilibrio. Nel corso degli anni Cinquanta, le teorie keynesiane del moltiplicatore e dell'acceleratore vengono combinate nella costruzione di modelli macroeconomici che ottengono come risultato l'andamento ciclico dell'economia; tra di essi i modelli dovuti a R. Harrod, P. Samuelson e J. R. Hicks. Più recentemente, nell'ambito della cosiddetta “rivoluzione delle aspettative razionali”, l'interesse a spiegare i cicli commerciali si sposta sostanzialmente sulla questione se e in che modo variazioni nominali possano determinare altresì effetti reali. In questi studi, si suppone che gli agenti siano portatori di aspettative razionali nel senso di J. F. Muth; vale a dire, essi accumulano informazioni e le utilizzano in modo efficiente nel processo di formazione delle aspettative. Come esempi di studi riconducibili a questo filone, il lavoro di R. E. Lucas Jr. che mostra come l'informazione imperfetta degli agenti possa determinare effetti reali di variazioni nominali, anche se essi sono portatori di aspettative razionali; gli studi di G. Akerlof, J. Yellen, G. Mankiw e J. Rotemberg che vedono nella rigidità dei prezzi la spiegazione cruciale del perché variazioni nominali possano indurre movimenti nel livello di attività economica.§ Nell'ambito di un'azienda di produzione in funzionamento, si distingue un ciclo del finanziamento con entrata di danaro costituita da una parte di capitale proprio o in prestito e uscita di danaro con restituzione del capitale o del debito assunto; un ciclo della produzione, che va dall'acquisto dei fattori produttivi allo svolgimento del processo lavorativo fino al prodotto finito e alla vendita. Quest'ultima fase porta alla reintegrazione degli investimenti con un margine utile che rimunera e accresce il capitale di proprietà.

Etnologia

Cicli culturali, complessi di elementi culturali riferiti sia a prodotti specifici (arco, boomerang, ecc.) sia a strutture sociali (classi, sistemi d'eredità, ecc.) sia a specifiche forme economiche (caccia, raccolta, ecc.). La teoria dei cicli culturali fu elaborata all'inizio del sec. XX dagli studiosi tedeschi (L. Frobenius, B. Ankermann, F. Graebner e altri) e successivamente sviluppata dagli etnologi della scuola di Vienna (W. Schmidt, W. Koppers e altri) che reputavano la civiltà umana evolutasi secondo una serie “cronologica” di stadi di sviluppo (i cicli), ciascuno caratterizzato da precisi fattori economico-storico-sociali. La più complessa delle elaborazioni, dovuta all'etnologo G. Montandon e seguita anche da studiosi italiani (per esempio R. Biasutti, R. Battaglia, ecc.), prevede dodici cicli di livello crescente a partire dai più semplici (cicli primitivi, cicli del boomerang, cicli del totem), caratterizzati da raccolta, caccia, pesca, forme elementari di struttura sociale, elementi ergologici semplici, ecc., per passare attraverso cicli più elaborati (cicli delle due classi, ciclo dell'arco da guerra, ciclo sudanese-polinesiano, ciclo messico-andino), caratterizzati da agricoltura, allevamento, ceramica, metallurgia, strutture sociali complesse, culti elaborati, ecc., fino a giungere alle culture storiche (ciclo indiano, sinico, islamico, mediterraneo) con strutture economiche, sociali, religiose e tecniche molto complesse. Tale teoria è stata in parte abbandonata da molti dei suoi seguaci alla luce dei nuovi indirizzi di studio e ricerca etnologici.

Geologia

I vari fenomeni geologici e geomorfologici mostrano un chiaro andamento ciclico con ripetizioni che, seppur ritmiche, non sono però costanti e identiche in quanto il quadro generale di volta in volta risulta sempre più complesso risentendo delle modificazioni e degli apporti dovuti all'intervento precedente dei fattori fondamentali caratteristici dei diversi fenomeni. La storia della Terra è caratterizzata da un continuo alternarsi di cicli costruttivi e distruttivi, responsabili dell'attuale struttura della crosta terrestre e dei rilievi della superficie. Cicli geologici fondamentali sono il ciclo sedimentario e il ciclo orogenetico, la cui evoluzione comprende tre fasi di cui le prime due, trasgressione e sedimentazione, comuni, mentre la terza è una regressione per il ciclo sedimentario e un'orogenesi per quello orogenetico. Come esempio particolare di ciclo sedimentario vedi anche ciclotema. Per quanto riguarda l'evoluzione ciclica del modellamento terrestre per azione dei vari processi morfogenetici, vedi agenti geomorfologici, erosione, penepiano e ringiovanimento; per la particolare evoluzione del paesaggio carsico, vedi carsismo.

Simbologia

L'idea di ciclo è presente, nel pensiero mitico, nella concezione del tempo circolare, che ritorna continuamente su se stesso, in un susseguirsi di cicli. Sul piano “teorico” l'espressione più compiuta del ciclo s'incontra nel pensiero indiano e nella filosofia classica ed ellenistica. In India, l'idea del ciclo cosmico è già presente nell'epoca vedica; nel pensiero greco, tale concezione è propria delle dottrine pitagoriche e la si ritrova in Platone e negli stoici. Sul piano rituale, il ciclo agisce nelle feste d'inizio dell'anno, assimilato a una nuova creazione dell'universo: esempio classico è la festa babilonese detta Akītu, nella quale il tempo e il cosmo venivano “rinnovati” anche per mezzo della recitazione rituale del Poema della Creazione (Enūma elīš).

Termodinamica

Per ciclo termodinamico si intende la successione di trasformazioni che fanno ritornare un sistema nella condizione o stato originari. Rappresentando una trasformazione effettuata su un sistema termodinamico con una funzione delle variabili p, V, T (pressione, volume, temperatura assoluta) che individua l'evoluzione dello stato del sistema, viene rappresentato graficamente con una curva chiusa in cui ogni punto A individua un particolare stato del sistema. Questa rappresentazione grafica dei cicli termodinamici, con pressione in ordinate e volume in ascisse, permette un calcolo immediato del lavoro scambiato dal sistema con l'ambiente esterno; esso è dato dall'area racchiusa dalla linea chiusa che costituisce il ciclo. Se l'area è calcolata percorrendo la curva in verso orario, indica il lavoro compiuto dal sistema (per esempio il lavoro che compie il motore di un'automobile per far progredire il mezzo); se è calcolata percorrendo la curva in verso antiorario, essa indica il lavoro effettuato sul sistema (per esempio il lavoro che riceve dall'acqua una ruota idraulica). Un ciclo termodinamico è detto reversibile se è composto esclusivamente da trasformazioni reversibili, cioè da trasformazioni che avvengono secondo una successione continua di stati d'equilibrio (e che quindi possono essere effettuate nei due sensi), e irreversibile nel caso contrario. Le trasformazioni, e quindi i cicli termodinamici, per poter essere rappresentati graficamente mediante linee continue sul piano o nello spazio devono avere le caratteristiche di reversibilità. Sotto ipotesi più o meno restrittive, tutti i cicli esaminati in questa voce sono reversibili. Si noti, infine, che esistono macchine cicliche che agiscono su un fluido senza che questo sia oggetto di un ciclo termodinamico, così come vi sono macchine cicliche che agiscono o ricevono l'azione di fluidi che seguono processi ciclici. Il ciclo di un fluido è quindi una cosa diversa dal ciclo della macchina. Le considerazioni precedenti si riferiscono chiaramente a cicli di stadi di fluidi, anche se talvolta ciò può comportare l'esistenza di una corrispondente macchina ciclica. La realizzazione pratica di un ciclo termodinamico ha lo scopo di effettuare la trasformazione di calore sottratto a una sorgente esterna in lavoro utile. Tale trasformazione è regolata e limitata dalle leggi della termodinamica; in particolare le limitazioni sorgono dal 2º principio della termodinamica che afferma l'impossibilità di trasformare integralmente in lavoro il calore fornito da un'unica sorgente a temperatura uniforme e costante senza che una parte di esso venga ceduta a un altro corpo a temperatura minore di quello che funge da sorgente. Questo implica, in ultima analisi, che il rendimento del ciclo sarà sempre minore di 1, dove per rendimento η si intende il rapporto tra il lavoro, L, ottenuto e il calore fornito dalla sorgente a temperatura maggiore:

dove Q₁ è il calore sottratto alla sorgente (termostato) alla temperatura T₁, Q₂ è il calore restituito al corpo (termostato) alla temperatura T₂ e non utilizzato. Tra i cicli termodinamici sono particolarmente importanti il ciclo di Carnot, il ciclo frigorifero, il ciclo Rankine, il ciclo Otto, il ciclo Diesel, il ciclo Stirling, il ciclo Brayton. È importante tener presente che questi sono cicli puramente teorici, cioè ideali, e quindi non coincidono esattamente con quelli realizzati nei corrispondenti motori. § Ciclo di Carnot,il fluido termodinamico che compie tale ciclo è costituito da una sola sostanza omogenea: un gas perfetto. Il ciclo di Carnot è pertanto un ciclo ideale che non può essere realizzato materialmente. Esso è composto da 4 trasformazioni reversibili: due isoterme (che avvengono, cioè, a temperatura costante) e due adiabatiche (che avvengono, cioè, senza scambio di calore con l'ambiente esterno). Il fluido riceve il calore Q₁ lungo l'isoterma di espansione T₁ e cede il calore Q₂ lungo l'isoterma di compressione T₂. Le quantità di calore Q₁ e Q₂ coincidono con i lavori scambiati lungo le due isoterme. Nel ciclo viene assorbito il calore Q₁ e ceduto il calore Q₂; il ciclo riceve quindi complessivamente il calore Q=Q₁–Q₂=L (lavoro del ciclo). Pertanto il rendimento η è dato dall'espressione:

Si dimostra che tale espressione è equivalente alla η =1–T₂/T₁, valida inoltre per un qualsiasi ciclo reversibile effettuato tra le temperature assolute T₁ e T₂. L'importanza teorica del ciclo di Carnot risiede soprattutto nel fatto che fra tutti i cicli reversibili esso è quello che ha il massimo rendimento; inoltre, un qualunque ciclo reversibile può essere approssimato da un gruppo di cicli di Carnot. Un ciclo reale è quindi approssimato tanto meglio quanto più numerose sono le trasformazioni isoterme e quelle adiabatiche considerate. Il rendimento di un ciclo irreversibile è infine sempre minore di quello di un ciclo di Carnot considerato tra le stesse temperature limite. Il ciclo di Carnot non ha tuttavia importanza dal punto di vista delle applicazioni. Il ciclo frigorifero è un ciclo di Carnot percorso in senso inverso (figura 1B). Durante il ciclo, lungo l'isoterma 1,2 il fluido assorbe il calore Q₂ dal termostato a temperatura T₂, lungo l'isoterma 3,4 cede il calore Q₁ al termostato a temperatura T₁. Nel complesso dunque il fluido termodinamico sottrae il calore Q₂ a una sorgente a temperatura inferiore e cede il calore Q₁ a una sorgente a temperatura superiore; per far ciò occorre però spendere dall'esterno il lavoro L=Q₁–Q₂. La possibilità di sottrarre calore alla sorgente a temperatura inferiore permette di portare e mantenere un sistema a una temperatura più bassa di quella circostante, cioè di refrigerare un ambiente. Il rendimento di un frigorifero è espresso dal rapporto tra il calore Q₂ sottratto alla sorgente fredda e il lavoro speso L:

§ Ciclo Rankine, ciclo termodinamico sul quale è basato il funzionamento delle macchine a vapore. In un recipiente (caldaia) contenente acqua in presenza del suo vapore (fluido termodinamico) si fornisce calore in modo da portare l'acqua a una fissata temperatura T e il vapore a una corrispondente pressione p. Si preleva quindi dalla caldaia il vapore inviandolo alla macchina motrice (macchina a vapore). Si somministra intanto alla caldaia, con continuità, il calore necessario a produrre vapore in quantità uguale a quello prelevato. In tal modo si ottiene con continuità lavoro dalla macchina. Il vapore viene immesso nella macchina lungo la 1,2 (fase di ammissione), si espande lungo l'adiabatica 2,3 e viene espulso all'esterno lungo la 3,4. Il vapore potrà essere espulso nell'atmosfera (e in questo caso la 3,4 dovrà essere a pressione un poco superiore a quella atmosferica) oppure in un condensatore, cioè in un apparecchio nel quale si sottrae al vapore il calore di condensazione riportandolo allo stato liquido mediante un opportuno sistema di raffreddamento. Il liquido ottenuto dalla condensazione può essere ricondotto in caldaia dove riprenderà il ciclo. In questo caso, dunque, non solo il fluido che subisce le trasformazioni termodinamiche, ma anche la macchina a vapore segue un processo ciclico. Gli organi di un impianto funzionante in base a questo ciclo sono: la caldaia dove si fornisce al sistema il calore Q₁ a temperatura T₁; la macchina a vapore che fornisce il lavoro L; il condensatore da cui si sottrae il calore Q₂ a temperatura T₂. L'espressione del rendimento è ancora quella data per il ciclo di Carnot. § Ciclo Otto, su questo ciclo è basato il funzionamento della maggior parte dei motori a scoppio . È formato da due adiabatiche e da due isovolumiche (trasformazioni a volume costante). Il calore Q₁ viene fornito lungo l'isovolumica 2,3 e il calore Q₂ viene sottratto lungola 4,1; T₁, T₂, T₃ e T₄ sono le temperature assolute nei vertici del ciclo. Il rendimento è dato dall'espressione

Schematizzando il motore con un cilindro e uno stantuffo (che effettua compressioni ed espansioni del fluido termodinamico) e due valvole che permettono l'entrata e l'uscita del fluido, il ciclo ha il seguente svolgimento: aspirazione del fluido nel cilindro effettuata con la valvola A₁ aperta e la valvola A₂ chiusa: lo stantuffo si sposta da 0 a 1; chiusura anche della valvola A₁ e compressione adiabatica del fluido secondo la 1,2; accensione della miscela provocata da una scintilla elettrica: si procede lungo la 2,3 a volume costante; espansione adiabatica: lo stantuffo si sposta da 3 a 4; apertura della valvola A₂ e fuoruscita del fluido (tratto 4,1); espulsione ulteriore, effettuata con lo stantuffo, dei gas residui; aspirazione, con la valvola A₁ aperta e la A₂ chiusa; ricomincia il ciclo. Nelle realizzazioni pratiche il ciclo Otto è modificato notevolmente rispetto al ciclo teorico: infatti, durante la compressione, il fluido è una miscela aria-carburante, mentre durante l'espansione è costituito dai prodotti della combustione. Le due trasformazioni sono perciò di natura diversa. Il calore, poi, viene fornito mediante una combustione che, pur essendo rapida, non è istantanea: la 1,2 non è quindi un'isovolumica. L'accensione, infine, avviene con un certo anticipo rispetto al ciclo indicato; pure lo scarico e l'aspirazione iniziano con un certo anticipo e terminano con un certo ritardo: questi anticipi e ritardi sono stati determinati dall'esperienza pratica. I motori a scoppio possono essere a 2 o 4 tempi. In quelli a 2 tempi il ciclo si realizza in una sola corsa dello stantuffo insieme all'espulsione dei gas e all'aspirazione dell'aria. Nei motori a 4 tempi, lo stantuffo effettua il ciclo in una corsa completa e in una seconda corsa provvede all'espulsione dei gas e all'aspirazione della miscela. In entrambi i casi il ciclo si svolge secondo una predeterminata successione di fasi. § Ciclo diesel, ciclo termodinamico sul quale è basato il funzionamento dei motori Diesel. È costituito da due adiabatiche, un'isobara e un'isovolumica. L'isobara è di solito realizzata con una combustione. Il motore può essere schematizzato con una coppia cilindro-stantuffo. Si comprime l'aria lungo la 1,2. In 2 si inietta combustibile che brucia progressivamente durante la 2,3. In 4 si apre la valvola di scarico. La differenza fondamentale tra il ciclo Diesel e quello Otto consiste nella presenza dell'isobara 2,3 al posto dell'isovolumica. In pratica la differenza consiste nella compressione di sola aria lungo la 1,2 anziché di miscela e nell'iniezione progressiva di combustibile che si infiamma senza necessità di scintilla per effetto dell'elevata temperatura raggiunta dall'aria al termine della compressione. I motori che funzionano in base al ciclo Diesel hanno rendimenti più elevati di quelli basati sul ciclo Otto perché si possono avere valori più elevati del rapporto di compressione (rapporto tra il volume finale e quello iniziale dell'aria durante la compressione), in quanto durante la compressione il fluido che si comprime è solamente l'aria. Anche nei motori a ciclo Diesel il ciclo reale risulta sensibilmente diverso da quello teorico perché la successione delle varie fasi avviene con anticipi e ritardi. § Ciclo Stirling, ciclo composto da due isoterme e due isovolumiche, ancora in fase teorica per una rigorosa definizione, e di ricerca per opportune applicazioni pratiche. Nei motori che realizzano questo ciclo, detti anche motori ad aria calda, gli scambi di calore avvengono non per combustione all'interno del cilindro, ma per riscaldamento dall'esterno. § Ciclo Brayton, ciclo termodinamico su cui è basato il funzionamento dei turboreattori, degli autoreattori e dei pulsoreattori (esoreattori). È costituito da: una compressione adiabatica, che avviene nel diffusore negli autoreattori e nei pulsoreattori (nel diffusore e nel compressore, nei turboreattori); una combustione a pressione costante, che avviene nella camera di combustione; un'espansione adiabatica, nella turbina che aziona il compressore e nel condotto di scarico nei turboreattori (oppure solo nel condotto di scarico negli autoreattori e nei pulsoreattori); uno scarico a pressione costante, che si verifica al termine dell'espansione, allorché il fluido torna alla medesima pressione che aveva all'inizio del ciclo. Il rendimento del ciclo Brayton è dato dall'espressione

dove p₁ e p₂ sono le pressioni all'inizio e al termine della fase di compressione e γ è il rapporto tra i calori specifici a pressione e a volume costante del fluido termodinamico.