Termodinamica - Fondamenti

Termodinamica

[Sistema termodinamico → un recipiente cilindrico contenente del gas chiuso con un pistone mobile]

Scienza che studia le leggi con cui i sistemi scambiano energia con l’ambiente.

Equilibrio

Equilibrio

Equilibrio

Meccanico

Equilibrio

Equilibrio

Termico

Termico Equilibrio

Chimico

Equilibrio

Equilibrio termodinamico

Equilibrio meccanico: somma delle forze agenti uguale a 0

Equilibrio termico: nessuna variazione significativa della temperatura

Equilibrio chimico: somma dei reagenti uguale alla somma dei prodotti

Principio zero della termodinamica

Dati tre sistemi A, B, C, se A è in equilibrio termodinamico con C e B è in equilibrio con C, allora A e B sono in equilibrio tra loro

Un sistema termodinamico può subire:

• Trasformazioni reali: avvengono “velocemente”, non consentono un controllo del sistema
• Trasformazioni ideali quasi statiche: avvengono lentamente, permettono un controllo del sistema istante per istante

Trasformazioni quasi statiche

• Trasformazioni isocore [volume costante]
• Trasformazione isobara [pressione costante]
• Trasformazione isoterma [temperatura costante]
• Trasformazione adiabatica [senza scambio di calore con l’ambiente]
• Trasformazione ciclica [si ripete]

Lavoro di un sistema termodinamico

Consideriamo un sistema termodinamico posto su una fonte di calore/energia.

Il gas contenuto nel recipiente si espande compiendo lavoro sollevando il pistone mobile.

Detta h l’altezza del pistone: L = Fh

Forza e pressione sono legate dalla relazione p = F/S → F = pS

[volume del cilindro]

→ L = pSh → L = pV

ΔV

→ L = P

Per convenzione, se il sistema compie lavoro, allora L > 0, se il sistema subisce un lavoro [compressione], allora L < 0.

I principio della termodinamica

In un sistema termodinamico sussiste la seguente relazione: ΔU = Q - L → la variazione di energia interna è data dalla somma di calore (assorbito/ceduto).

[= principio di conservazione dell’energia]

Trasformazione isocora

Trasformazione [pistone non si solleva, no compressione, no espansione] → L = 0

Calore assorbito/ceduto corrisponde ad un aumento/diminuzione dell’energia interna del sistema.

→ ΔU = Q → il

Trasformazione isobara

Trasformazione può compiere e subire lavoro. L = pΔV → ΔU = Q - pΔV.

→ sistema

Trasformazione adiabatica

La variazione dell’energia interna è uguale all’opposto del lavoro. Se il sistema compie lavoro L > 0 e ΔU < 0 → perdita di energia interna. Se subisce lavoro L < 0, ΔU > 0 → aumento di energia interna

→ Q = 0 → ΔU = -L.

Trasformazione ciclica