Concetti Chiave
- Il primo principio della termodinamica stabilisce che la variazione di energia interna è data dalla differenza tra calore assorbito e lavoro compiuto.
- In una trasformazione adiabatica, il calore è zero e la variazione di energia interna è uguale al lavoro negativo compiuto sul sistema.
- Durante una trasformazione adiabatica, un lavoro positivo riduce l'energia interna, mentre un lavoro negativo la aumenta.
- In una trasformazione ciclica, lo stato finale coincide con quello iniziale, quindi la variazione di energia interna è nulla e il calore assorbito è uguale al lavoro.
- Non tutto il calore può essere trasformato in lavoro, poiché il calore è un'energia degradata rispetto al lavoro, che è energia meccanica ordinata.
Primo principio della termodinamica e applicazione ad una trasformazione ciclica e a una adiabatica.
Il primo principio della termodinamica afferma che in un qualsiasi sistema termodinamico la variazione di energia interna del sistema è la differenza tra il calore assorbito dal sistema e il lavoro che compie l’ambiente esterno verso il sistema:
Il valore
Applicando il principio ad una trasformazione adiabatica, nella quale il sistema scambia solo energia meccanica con l’ambiente, otteniamo che
dato che il calore Q=0. In questa trasformazione, se il lavoro è positivo, allora l’energia interna diminuisce, mentre se è negativo, essa aumenta.
Nella trasformazione ciclica, invece, lo stato finale della trasformazione coincide con quello iniziale, e pertanto la variazione di energia interna è nulla. Dunque, se
Non tutto il calore, però, si può trasformare in lavoro. Il calore, infatti, è una forma di energia degradata, mentre il lavoro è un’energia meccanica ordinata. Pertanto, il primo principio applicato ad una trasformazione ciclica è precisato ulteriormente dal secondo principio della termodinamica.
Domande da interrogazione
- Qual è la formula fondamentale del primo principio della termodinamica?
- Cosa accade all'energia interna in una trasformazione adiabatica?
- Come si comporta il primo principio della termodinamica in una trasformazione ciclica?
Il primo principio della termodinamica è espresso dalla formula \(\Delta U=Q-L\), dove \(\Delta U\) rappresenta la variazione di energia interna, \(Q\) il calore assorbito e \(L\) il lavoro compiuto dall'ambiente verso il sistema.
Nella trasformazione adiabatica, dove il calore \(Q=0\), la variazione di energia interna è data da \(\Delta U=-L\). Se il lavoro è positivo, l'energia interna diminuisce; se è negativo, essa aumenta.
In una trasformazione ciclica, lo stato finale coincide con quello iniziale, quindi la variazione di energia interna è nulla (\(\Delta U=0\)). Di conseguenza, si ha \(Q=L\), ma non tutto il calore può essere convertito in lavoro, come specificato dal secondo principio della termodinamica.
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