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LA TERMODINAMICA (Le leggi dei gas
Le relazioni tra le variabili di stato…
LA TERMODINAMICA
Primo principio della termodinamica
La variazione ΔU dell'energia interna di un sistema è uguale alla differenza tra il calore Q assorbito dal sistema e il lavoro L compiuto dal sistema: ΔU = Q - L
Le leggi dei gas
Le relazioni tra le variabili di stato, dette leggi dei gas, definiscono completamente il comportamento di un gas in tutte le situazioni fisiche.
Seconda legge di Gay-Lussac
Indicando con p la pressione del gas alla temperatura t (misurata in °C), con p0 la pressione alla temperatura di 0°C e con α di un coefficiente di espansione, si ha: p = p0 (1 + αt)
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Legge di Boyle
A tempreratura costante, volume e pressione di un gas sono inversamente proporzionali: pV = costante
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Prima legge di Gay-Lussac
Indicando con V il volume del gas alla temperatura t (misurata in °C), con V0 il volume alla temperatura di 0°C e con α di un coefficiente di espansione, si ha: V = V0 (1 + αt)
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Secondo principio della termodinamica
Il secondo principio della termodinamica pone dei limiti ai processi permessi dal primo principio.
Enunciato di Clausius
Non è possibile realizzare una macchina frigorifera il cui unico risultato sia quello di trasferire calore dalla sorgente più fredda a quella più calda.
Enunciato di Kelvin-Plank
Non è possibile realizzare una macchina termica il cui unico risultato sia quello di trasformare in energia meccanica il calore estratto da una sola sorgente.
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.
Le trasformazioni termodinamiche si possono rappresentare sul piano di Clapeyron
Altre trasformazioni quasistatiche importanti sono
le trasformazioni adiabatiche, in cui non ci sono scambi di calore tra il sistema e l'ambiente esterno e le trasformazioni cicliche, in cui lo stato finale del sistema coincide con quello iniziale.
Il lavoro in una trasformazione isobara è dato dal prodotto della pressione (costante) per la variazione di volume.
L = pΔV
Se il volume aumenta il lavoro è positivo, se il volume diminuisce il lavoro è negativo.
In una trasformazione isoterma la temperatura non varia, quindi non varia neanche l'energia interna.
ΔU = 0
In base al primo principio si ha allora Q = L
In una trasformazione isocora il volume non varia, quindi il gas non può né compiere né subire lavoro dall'esterno.
L=0
In base al primo principio si ha allora ΔU = Q
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.
Le macchine termiche
Tutte le macchine termiche assorbono calore (Q2) da una sorgente calda, trasformano una parte di questo calore in lavoro meccanico (L) e cedono all'ambiente una certa quantità di calore residuo inutilizzato (Q1).
Il rendimento di una macchina termica
Il rendimento R di una macchina termica è dato dal rapporto tra il lavoro meccanico L prodotto dalla macchina e il calore Q2 assorbito dalla sorgente calda: R = L/Q2
Il rendimento di qualsiasi macchina è sempre maggiore di 0 e minore di 1.
Il ciclo di Carnot
E' un ciclo termico costituito da due trasformazioni isoterme e da due adiabatiche applicato a un una macchina termica ideale.
