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Termochimica: il lavoro


Il lavoro (w) è il prodotto di una forza per uno spostamento.
w=f×l
[w]=[kg×m/s^2 ]×[m]=[kg×m^2/s^2 ]
Il lavoro molto spesso è legato alla compressione o all’espansione dei gas (questo in un sistema gassoso), in questo caso si parla di lavoro pressione-volume, o P-V.
Se sopra un recipiente contenente un gas compresso sono posti dei pesi su di un piattello; questi pesi esercitano una pressione sul gas. Se un peso viene rimosso allora il gas potrà espandersi e far compiere ai pesi rimasti su esso un movimento contro la gravità. Il piattello si sarà innalzato di una certa distanza Δh, il volume del gas è aumentato e la pressione è diminuita.
Si può quindi calcolare il lavoro effettuato da un gas per spostare un peso di massa M per una certa distanza Δh.
w=g × M × Δh
Dove M x g è la forza (g=accelerazione di gravità) e Δh è lo spostamento.
Quando un gas si espande allora vi è uno spostamento, e ΔV è positivo. Il lavoro w è negativo, perché la direzione della forza esercitata, se si pensa ad un pistone, è opposta alla direzione di spostamento del pistone. Al contrario, se il gas viene compresso allora ΔV è negativo, perché vi è una diminuzione di volume, e w è positivo, perché la forza agisce nella normale direzione di movimento del pistone.
In un sistema gassoso il volume può essere calcolato anche nel modo seguente:
w=P×∆V
Le convenzioni sui segni di calore e lavoro in base al processo sono le seguenti:
Calore Lavoro
Processo esotermico q<0 (-) w>0 (+)
Processo endotermico q>0 (+) w<0 (-)
Nel caso di sistemi gassosi non isolati, è importante considerare due casistiche:
Riscaldamento in un cilindro a pareti rigide (a volume costante);
Riscaldamento in un cilindro munito di uno stantuffo (a pressione costante).
In entrambi i casi è possibile solamente lavoro di espansione precedentemente descritto w=P×∆V.
Quando il riscaldamento avviene a volume costante vale la seguente equazione:
∆U=q+w=q+P×∆V=q+P×0=q→∆U=q (a volume costante)
Si può quindi dire che, a volume costante, il calore diventa una funzione di stato.
Quando il riscaldamento avviene a pressione costante vale la seguente equazione:
∆U=q+w=q+P×∆V→q=∆U+P×∆V

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