Lezione 11 Fisica 1

Termodinamica

Studia sistemi macroscopici costituiti da un numero di elementi dell'ordine del numero di Avogadro: N_AV = 6.022 × 10²³ (atomi/molecole...)

Impossibile studiare il moto di tutti gli elementi di un sistema termodinamico!

La termodinamica descrive le trasformazioni e gli scambi energetici di un sistema con l'ambiente circostante.

Sistema + Ambiente = Universo termodinamico

• Sistema aperto: avvengono scambi di energia e di materia con l'ambiente.
• Sistema chiuso: avvengono scambi di energia ma non di materia.
• Sistema isolato: non avvengono scambi di energia né di materia.

Per descrivere un sist. termodinamico si usano grandezze fisiche direttamente misurabili, dette variabili termodinamiche (P, V, T, m, P, ...)

Queste grandezze definiscono lo stato termodinamico di un sistema.

Termodinamica

Studia sistemi macroscopici costituiti da un numero di elementi dell’ordine del numero di Avogadro.

N_Av = 6.022 × 10²³ (atomi/molecole...)

Impossibile studiare il moto di tutti gli elementi di un sistema termodinamico!

La termodinamica descrive le trasformazioni e gli scambi energetici di un sistema con l’ambiente circostante.

Sistema + Ambiente = Universo termodinamico

Sistema termodinamico = es.: un volume di gas - un liquido - un blocco di materiale - ...

Ambiente = elementi esterni con cui il sistema può interagire

• Sistema aperto: avvengono scambi di energia e di materia con l’ambiente.
• Chiuso: avvengono scambi di energia ma non di materia.
• Isolato: non avvengono scambi di energia né di materia.

Per descrivere un sist. termodinamico si usano grandezze fisiche direttamente misurabili, dette variabili termodinamiche (P, V, T, m, p, ...)

Queste grandezze definiscono lo stato termodinamico di un sistema.

Stato termodinamico e stato meccanico

Stato termodinamico ≠ Stato meccanico

Descritto dal punto di vista macroscopico = posizione _r̅ e velocità _v̅ del sistema di n punti.

A uno stato termodinamico possono corrispondere moltissimi stati meccanici diversi dal punto di vista microscopico, ma che sono tutti caratterizzati dalle stesse variabili termodinamiche (P, V, T...)

Stato termodinamico in equilibrio se le variabili termodinamiche sono costanti nel tempo.

Per avere Eq. termodinamico è necessario:

• Eq. meccanico (risultante di forze e momenti nulla).
• Eq. chimico (no reazioni chimiche).
• Eq. termico (stessa temperatura entità del sistema/ambiente).

Negli stati di equilibrio esistono relazioni precise tra le variabili termodinamiche, espresse mediante equazioni di stato.

Es: se le variabili sono P, V e T -> F(P, V, T) = 0   eg. di stato implicita

p = p(V, T)

V = V(P, T)

T = T(P, V) -> eg. di stato esplicite

Principio dell’equilibrio termico

Due sistemi sono detti in equilibrio termico quando hanno la stessa temperatura.

Se A è in eq. termico con C   (T_A = T_C)   A è in eq. termico con B ||   C B   . . .   . . .   C   (T_B = T_C)   ->   T_A = T_B

Due sistemi posti a contatto tendono a raggiungere l'equilibrio termico.

Parete adiabatica = parete che non consente lo scambio di calore → non fa raggiungere l'equilibrio termico (è un caso limite, funziona solo per tempi relativamente brevi).

Definizione di temperatura

Si usa una grandezza fisica X che varia con la temperatura e si identifica un sistema in equilibrio (facilmente riproducibile) al quale si attribuisce un valore di temperatura.

• X ↔ liquido → dilatazione termica.
• ↔ Resistenza elettrica che varia in funzione di T.
• ↔ Gas a volume costante → varia la pressione.

Il punto fisso di riferimento per la temperatura è il punto triplo dell'acqua.

↔ = stato in cui ghiaccio/acqua/vapore acqueo coesistono e sono in equilibrio.

Al punto triplo è stata assegnata (arbitrariamente) la temperatura di 273.16 K.

1 K = ¹/_273.16 della temp del punto triplo dell'acqua.

Per misurare la temperatura con un termometro è necessario determinare una relazione tra T e X, del tipo T = αX ← relazione