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TERMODINAMICA (Il lavoro e le trasformazioni termodinamiche …
TERMODINAMICA
Il lavoro e le trasformazioni termodinamiche
-Trasformazione 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 e non varia neanche l'energia interna ΔU = 0, quindi Q = L
il calore assorbito è uguale al lavoro compiuto
Trasformazioni cicliche
. Poichè 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 (senza scambi calore)
Poichè non ci sono scambi di calore,Q=0. Si ha ΔU = –L. espansione adiabatica:L> 0, ΔU < 0: il gas si raffredda;
compressione adiabatica: L< 0, ΔU > 0: il gas si riscalda.
Il principio zero della termodinamica
-Le grandezze p, T di un sistema sono definite solo se hanno lo stesso valore in tutti i punti.
-Ciò si ottiene se il sistema si trova in equilibrio termodinamico, ossia:
-equilibrio meccanico: la risultante di tutte le forze interne ed esterne deve essere zero;
-equilibrio termico: la temperatura deve essere uniforme in tutto il fluido;
-equilibrio chimico: la struttura interna e la composizione chimica devono restare immutate.
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 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.
L'area nel piano rappresenta tutti i valori di p e V assunti dal sistema nel corso della sua evoluzione.
Trasformazione quasistatica
. La trasformazione quasistatica è un procedimento ideale che passa attraverso un numero enorme di stati intermedi di equilibrio termodinamico, pochissimo differenti tra loro.
Una trasformazione reale molto lenta approssima bene una trasformazione quasistatica.
Le trasformazioni termodinamiche si possono rappresentare sul piano di Clapeyron
-ogni punto del piano rappresenta uno stato del sistema
-è caratterizzato da una coppia di valori (p, V)
-ogni linea sul piano rappresenta una trasformazione
-un insieme di trasformazioni che riporta il sistema al suo stato iniziale è detto ciclo termodinamico
Una trasformazione isòbara(a pressione costante) è rappresentata da un segmento parallelo all'asse orizzontale(dei volumi).
Una trasformazione isocòra (a volume costante)è rappresentata da un segmento parallelo all'asse verticale(delle pressioni).
Una trasformazione isoterma avviene a temperatura costante. Quella del gas perfetto è un arco di iperbole.
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.
Il primo principio della termodinamica
-L’energia interna U è una grandezza di stato
-la sua variazione durante una trasformazione non dipende dal percorso ma solo dallo stato iniziale e finale del sistema
-in un ciclo la variazione di energia interna è nulla
-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
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.
Per misurare la temperatura di due oggetti non a contatto si usa il termometro
Il lavoro
. 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 negativo.
Nel 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
