LA TERMODINAMICA

SISTEMI TERMODINAMICI

Si definisce sistema lo spazio dell’indagine termodinamica, ambiente ciò che lo circonda.

la termodinamica studia le leggi con cui i sistemi scambiano (cedono e ricevono) energia con l'ambiente.

gli scambi avvengono sotto forma di calore e lavoro

i sistemi si dividono in

isolato, se non vi sono né scambi di materia né di energia

aperto, tra sistema e ambiente ci sono scambi di materia e energia

ogni volta che un sistema riceve o cede energia, esso passa da uno stato all'altro

l'energia interna è una funzione di stato: a ogni stato del sistema corrisponde uno e un solo valore dell'energia interna

sistema riceve calore o subisce lavoro da esterno= energia interna aumenta;
sistema cede calore o compie lavoro= energia interna diminuisce

TRASFORMAZIONI DEI GAS

MACCHINE TERMICHE

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

vale per tutti i sistemi termodinamici

è un'estensione del principio di conservazione dell'energia

espresso dalla relazione DU=Q-L

Macchina di Carnot

due modi per esprimerlo

afferma che

La macchina di Carnot è un cilindro chiuso da un pistone riempito di gas perfetto

Il rendimento della Macchina di Carnot viene indicato con la formula

ISOTERME: temperatura costante

enunciato di Lord kelvin

enunciato di Clausius

ADIABATICHE:
senza scambio di calore (Q=0J)

CICLICHE: riportano il sistema allo stato iniziale

ISOCORE: volume costante

ISOBARE: pressione costante

le trasformazioni termodinamiche hanno un verso privilegiato

  1. il lavoro può trasformarsi in calore ma, in base all'enunciato di Lord Kelvin, il calore non può trasformarsi integralmente in lavoro;

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bilancio energetico

preleva calore da una sorgente calda e ne trasforma parte in lavoro

agisce in modo continuativo

Q= calore scambiatro fra il sistema e l'esterno

dispositivo che sfrutta le trasformazioni dei gas

L= lavoro prodotto dal sistema

DV= variazione dell'energia interna

L è positivo se il lavoro è fatto dal sistema sull'esterno

L è negativo se il lavoro è fatto dall'esterno sul sistema

Q è positivo se il calore è assorbito dal sistema

rendimento

Q è negativo se il calore è ceduto dal sistema

trasformazioni cicliche

calore assorbito =
lavoro compiuto

lavoro compiuto
=
area della parte del piano p-V racchiusa dalla linea che rappresenta la trasformazione

Normale applicazione del primo principio della termodinamica

Il pistone è fisso quindi W=0J

  • T1 = temperatura sorgente fredda
  1. il calore fluisce da un corpo caldo ad uno più freddo ma, in base all'enunciato di Clausius, non può fare spontaneamente il percorso inverso.

discendono l'uno dall'altro e quindi sono equivalenti

  • T2 = temperatura sorgente calda
  • Q1 = calore negativo scambiato
  • Q2 = calore positivo scambiato
  • W = lavoro compiuto

Se T1 e T2 sono costanti

rapporto tra lavoro eseguito e calore assorbito durante il ciclo

r = L/Q

W = Q2 + Q1 = Q2 - I Q1 I

chiuso, se non vi è scambio di materia

sempre minore di 1

ΔU è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura

La variazione di temperatura è nulla, quindi ΔU=0

ΔU=-W

L'energia interna del sistema è opposta al lavoro da esso compiuto

Espansione adiabatica: raffreddamento

Si divide in 4 fasi

Compressione adiabatica: riscaldamento

Espansione Adiabatica

Compressione Isoterma

ΔU= Q

Espansione Isoterma

Compressione Adiabatica

Il cilindro è in contatto con la sorgente a temperatura T2

Per fare espandere il gas si riduce il carico sul pistone

L'energia interna U riprende il suo valore iniziale, quindi ΔU= 0J

Per far continuare l'espansione si riduce progressivamente il carico

In questo caso il cilindro è isolato e non scambia calore con l'ambiente

Il cilindro entra in contatto con la sorgente a temperatura T1

Il gas viene compresso aumentando il peso sul pistone

Il cilindro è nuovamente isolato

Viene aggiunto lentamente il peso per comprimere il gas e riportare la pressione, il volume e la temperatura ai valori iniziali

η = 1-T1/T2

In ogni ciclo il calore assorbito è uguale al lavoro compiuto : Q=W

TERMOLOGIA

IL MOTO DI AGITAZIONE TERMICA

Gli esperimenti mostrano che tutte le molecole sono animate da un moto rapido e incessante

stato liquido: si muovono "scorrendo" le une sulle altre

stato solido: oscillano attorno a un punto di equilibrio

stato gassoso: movimento libero e rapido

L'ENERGIA INTERNA

si chiama energia interna di un sistema fisico la somma della sua energia potenziale e dell'energia cinetica complessiva delle molecole che lo compongono

Parte della fisica che studia i fenomeni relativi alla generazione e alla propagazione del calore

ΔU=Q-W

Q=W

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le molecole diventano cosi veloci da sfuggire alla massa

a basse temperature il moto di agitazione è poco intenso, per cui le forze attrattive intermolecolari tengono unito il solido