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La termodinamica (Trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche
Se…
La termodinamica
La termodinamica studia le leggi con cui i sistemi cedono e ricevono energia dall'ambiente.
Gli scambi di energia avvengono sotto forma di calore e lavoro,l'energia interna di un sistema aumenta o diminuisce se esso acquista energia dall'ambiente e viceversa.
Il principio zero della termodinamica
Se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo C e anche un corpo B è in equilibrio termico con C, allora A e B sono in equilibrio termico tra loro.
Trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche
Se un sistema in uno stato A viene portato fino ad uno stato B, la situazione intermedia è difficile da descrivere.
La trasformazione reale di un sistema nel piano p-V è rappresentata da un “fuso”, in cui solo A e B sono definiti
Trasformazioni quasistatiche
La trasformazione quasistatica è un procedimento ideale che passa attraverso un numero enorme di stati intermedi di equilibrio termodinamico, pochissimo differenti tra loro.
Altre trasformazioni quasistatiche importanti sono:
trasformazioni adiabatiche, in cui non ci sono scambi di calore tra il sistema e l'ambiente esterno, trasformazioni cicliche, in cui lo stato finale del sistema coincide con quello iniziale
trasformazioni termodinamiche
Le trasformazioni termodinamiche si possono rappresentare sul piano di Clapeyron
ogni punto del piano rappresenta uno stato del sistema
Il lavoro
All’interno di un cilindro con pistone mobile un gas può:
1.interagire con l’ambiente esterno e compiere lavoro sollevando il pistone
2.subire lavoro se il pistone viene abbassato dall’esterno
Se le trasformazioni avvengono abbastanza lentamente sono interpretabili come una serie di stati di equilibrio
Il lavoro in una trasformazione isobara è dato dal prodotto della pressione (costante) per la variazione di volume
Se il volume aumenta il lavoro è positivo, se il volume diminuisce il lavoro è negativoNel piano di Clapeyron il lavoro è dato dall’area delimitata dalla curva della trasformazione e dai segmenti verticali che corrispondono ai valori iniziale e finale del volume
il primo principio della termodinamica
1.L’energia interna U è una grandezza di stato2.La sua variazione durante una trasformazione non dipende dal percorso ma solo dallo stato
iniziale e finale del sistema3.In un ciclo la variazione di energia interna è nulla4.La variazione ∆U dell’energia interna di un sistema è uguale alla differenza tra il calore Q assorbito dal sistema e il lavoro L compiuto dal sistema
Poiché l’energia interna dipende solamente dallo stato del sistema, in un ciclo la variazione di energia interna è nulla
Il primo principio esprime un bilancio energetico tra ciò che entra e ciò che esce, in termini energetici, dal sistema
Il lavoro e le trasformazioni termodinamicheTrasformazione isobara Se il gas si espande a p costante compie un lavoro L = p∆V. Conoscendo il calore assorbito possiamo calcolare la variazione dell’energia interna ∆U = Q - L
Trasformazione isocora In una trasformazione isocora il volume non varia
poiché L = 0 si ha ∆U = Q
Trasformazione isoterma In una trasformazione isoterma la temperatura non varia
non varia neanche l’energia interna ΔU = 0, quindi Q = L il calore assorbito è uguale al lavoro compiuto
Trasformazioni cicliche Poiché lo stato iniziale A coincide con quello finale B, la funzione di stato U non cambia:ΔU = 0. Si ha dunque Q = L. Trasformazioni adiabatiche
Poiché non ci sono scambi di calore,
Q = 0. Si ha ΔU = –L.
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