TERMODINAMICA
LEGGE DEI GAS PERFETTI
p•V=n•R•T
dove p, V e T sono le variabili
p= pressione
V= volume
T= temperatura in Kelvin (Celsius + 273)
n e R sono le costanti
n= moli
R= costante dei gas (0,082 L•atm/mol•K)
VARIA V =
TRASFORMAZIONE ISOCORA
VARIA P =
TRASFORMAZIONE ISOBARA
VARIA T =
TRASFORMAZIONE ISOTERMA
Nell'equazione p•V=n•R•T
n, R e T diventano le costanti e le variabili sono solo p e V
Quindi l'equazione diventa p0•V0=Pf•Vf
Nell'equazione p•V=n•R•T
n, R e V diventano le costanti e le variabili sono solo p e T
Quindi l'equazione diventa p/T=nR/V
e quindi p0/T0=pf/Tf
Nell'equazione p•V=n•R•T
n, R e p diventano le costanti e le variabili sono solo V e T
Quindi l'equazione diventa V/T=nR/p e quindi V0/T0=Vf/Tf
PRINCIPIO ZERO
Se un corpo A è in equilibrio con un corpo C e un corpo B è in equilibrio con il corpo C, allora A e B sono in equilibrio
Equilibrio termodinamico
Le grandezze p, T di un sistema sono definite solo se hanno lo stesso valore in tutti i punti
equilibrio termico
T uniforme
equilibrio chimico
struttura e composizione chimica uniforme
equilibrio meccanico
forze interne + forze esterne = 0
termometro
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
La variazione di energia interna del sistema è uguale alla differenza tra il calore assorbito e il lavoro compiuto dal sistema
ΔU= Q - W
lavoro positivo = espansione
lavoro negativo = compressione
il lavoro in un grafico è rappresentato dall'area sottesa al disegno
dato che
1) il lavoro è uguale alla forza per lo spostamento (W = F • h)
2) F = p • S, dove p= pressione e S= superficie,
3) la formula W= p • S • h
4) S•h è il ΔV
5) W= p • ΔV
TRASFORMAZIONE ISOBARA
nella trasformazione isobara il lavoro è pΔV
pΔV + ΔU = Q
TRASFORMAZIONE ISOCORA
V non cambia, ΔV=0
ΔU=Q
nella trasformazione isocora la variazione di energia interna corrisponde al calore assorbito
TRASFORMAZIONE CICLICA
ΔV NON CAMBIA
ΔU= Q
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
LE MACCHINE TERMICHE
- Trasformano calore in lavoro
- eseguono trasformazioni cicliche
- due sorgenti, una fredda e una calda
- due scambi di calore,
PRIMO ENUNCIATO - Lord Kelvin
è impossibile trasformare tutto il calore assorbito da una sorgente in lavoro.
infatti il calore assorbito dalla sorgente calda viene trasformato in lavoro e calore ceduto alla corrente fredda
SECONDO ENUNCIATO - Rudolf Clausius
È impossibile far passare spontaneamente il calore da un corpo più freddo a un corpo più caldo, ma solo con un lavoro esterno
TERZO ENUNCIATO - il Rendimento
in sintesi i primi due enunciati dicono che la macchina assorbe calore dalla sorgente calda, compie un lavoro e cede calore alla sorgente fredda e che questo passaggio avviene dal più caldo al più freddo.
La capacità di eseguire la trasformazione da calore a lavoro è detta RENDIMENTO.
rendimento = rapporto tra lavoro compiuto e calore assorbito.
Sempre compreso tra 0 e 1 e mai uguale a 1
1) il lavoro è la somma del calore assorbito e quello ceduto W= Q2 - |Q1|
2)η = 1 - |Q1|/Q2
Entropia: capacità di andare incontro ad una trasformazione.
tra due macchine termiche, quella con temperatura della sorgete più alta, a parità di Joule assorbiti, produce più lavoro.
la sommatoria dei rapporti tra calori scambiati e temperature è sempre minore di 0
trasformazioni reversibili in un sistema isolato rendono l'entropia costante, trasformazioni irreversibili in un sistema isolato fanno aumentare l'entropia
l'entropia è una funzione di stato
lo 0 per convenzione è lo zero assoluto in cui T=0K
lQUARTO ENUNCIATO
l'evoluzione spontanea porta il sistema ad un equilibrio in cui l'entropia è al massimo
TERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Non si può raggiungere lo zero assoluto tramite un numero finito di trasformazioni