Concetti introduttivi di Fisica tecnica

TERMODINAMICA

Sistema termodinamico

UNIVERSO L’universo è un sistema isolato!

Un sistema è definito dai suoi contorni, i quali permettono certi tipi di scambi.

Gli scambi possibili per un contorno sono di:

Massa

• Energia

• sistema semplificato

Partiamo considerando un il quale ha le seguenti caratteristiche:

No campi di forze di massa (gravitazionale, elettrico, magnetico)

• No campi di forze di superficie (tensione superficiale)

• Chimicamente inerte

• Omogeneo

• Isotropo

• sostanza pura.

Di fatto il sistema semplificato è una

Grandezze

Dal punto di vista macroscopico non faccio ipotesi sulla struttura della materia, per capire se

la scala può essere considerata macroscopica o miscroscopica usiamo il numero di Knudsen:

^ ^

scala

dimensione caratteristica lo

↓ libero medio ovvero

cammino ,

。 ,

→

kn molecolare altro

unto

tra

- spazio percorso un un

e ,

la vibrazione degli

solidi atomi

è

i

per .

caratteristica

dimensione lineare

Le : e

del sistema

continuo nostro

#n 01 mezzo

0

.

= > caso

>

- -

discreto

kn 1 mezzo

= >

- transizione

di

1

001kn + regime atmosferica

↓ 60-70

aria pressione nm

per a ~

liquidi

↓ i 1

01-0

0 nm

per ~ ,

. regolano i processi

Le grandezze macroscopiche si suddividono in:

Grandezze estensive: godono della additività (es. massa, volume, energia)

• non

Grandezze intensive: godono della additività (es. pressione e temperatura)

• non

Grandezze estensive speci che: sono additive, di fatto si prendono le

• grandezze estensive e le si dividono per la massa, ottenendo delle grandezze

virtualmente intensive (anche se nascono come estensive).

Queste grandezze prendono il su sso “speci co”, ad es. “volume speci co” e si

— identi ca con un * vicino alla grandezza, in questo caso V*.

Alcuni esempi di grandezze estensive speci che:

Volume molare: sigma = V/N

• Volume massico: V* = V/M

• Densità: rho = 1/V*

•

Stato

È una condizione del sistema caratterizzata da valori speci cati delle grandezze termodinamiche.

stato di equilibrio

Lo è la condizione nella quale le grandezze termodinamiche assumono valori

uniformi e costanti (non variano nel tempo e nello spazio).

Lo stato può variare se viene perturbato, per la rimozione di uno o più vincoli, per via di una

trasformazione o di un processo che l’ambiente e il sistema compiono.

Trasformazione: riguarda il sistema.

Processo: è l’insieme delle trasformazioni che riguardano un sistema e il suo ambiente.

Il modello di trasformazione più semplice è quello di una trasformazione “quasi statica”:

ogni istante rappresenta uno stato di equilibrio => tempo in nito

Per poter applicare questo modello diciamo che una trasformazione è quasi statica se:

v << c

v: velocità di trasformazione

c: celerità della propagazione delle perturbazioni che causano la trasformazione

Se c rappresenta la celerità di propagazione della perturbazione di pressione, essa prende

velocità del suono

il nome di

Invertibile reversibile

≠

Invertibile: proprietà della trasformazione di un sistema.

Reversibile: proprietà del processo che comprende sistema e ambiente.

fi fi ffi fi fi

Ogni trasformazione quasi statica è invertibile, ovvero: posso tornare al punto di partenza.

Reversibilità: se inverto la trasformazione del sistema si inverte anche quella dell’ambiente (le

cause e gli e etti tornano agli stati originari).

Condizioni per la reversibilità:

La trasformazione del sistema è internamente invertibile

• La trasformazione dell’ambiente è internamente invertibile

• Sistema e ambiente sono in mutuo equilibrio: in ogni fase del processo le di erenze fra le

• equilibrio

le intensive

grandezze in

sono

Di fatto la reversibilità totale è impossibile, poiché l’entropia dell’universo deve sempre aumentare

e quindi si può puntare solamente a un ottimo, ma non a una completa reversibilità del processo.

dissipativi

Internamente effetti

reversibile > no

-

ff

Principio 0 della termodinamica, equilibrio, temperatura

Consideriamo 2 sistemi separati da una parete meccanicamente isolante, perciò non può

essere spostata in alcun modo e non permette il passaggio di massa da una parte all’altra.

Il sistema A sarà definito dalle sue due variabili indipendenti che definiscono lo stato del

sistema, mentr