Domande svolte teoria di Termodinamica

DOMANDE TEORIA TERMODINAMICA

RISPOSTE SINTETICHE

1) Sistema aperto (in termini di scambi con l’ambiente) Un sistema si dice aperto quando può scambiare materia,calore e lavoro con l’ambiente esterno. Per un sistema aperto è importante definire il volume di controllo, inteso come lo spazio nel quale le proprietà possono variare, e la superficie di controllo, ovvero la superficie attraverso la quale avvengono gli scambi.

2) Sistema chiuso (in termini di scambi con l’ambiente) Un sistema si dice chiuso quando può scambiare SOLO calore e lavoro, E NON materia,con l’ambiente esterno.

3) Sistema adiabatico (in termini di scambi con l’ambiente) Un sistema si dice adiabatico quando può scambiare solo MATERIA E LAVORO, e NON calore, con l’ambiente esterno.

4) Sistema isolato (in termini di scambi con l’ambiente) Un sistema si dice isolato quando NON può scambiare nè MATERIA nè LAVORO e nè CALORE con l’ambiente esterno.

5) Stato standard e Stato di riferimento Lo stato standard di una sostanza è definito come lo stato della sostanza alla pressione di 1 bar (circa 100 kPa) e ad una temperatura specificata,generalmente 25°C (298.15 K) per le misurazioni di termodinamica. Mentre lo stato di riferimento viene scelto arbitrariamente e mantenuto fisso durante la risoluzione di un problema. (quindi specifico al tipo di problema che ho)

6) Funzione di stato Le funzioni si stato sono proprietà macroscopiche misurabili, come ad esempio T P V, che vengono usate per caratterizzare un sistema dal punto di vista termodinamico. Solitamente queste proprietà sono intensive, ovvero non dipendono dalla massa del sistema, DIPENDONO SOLTANTO dallo stato iniziale e finale del sistema, indipendentemente dal modo in cui da uno stato esso passa all’altro.

7) Primo principio della Termodinamica Il primo principio della termodinamica dice che in un sistema termodinamico

isolato l'energia INTERNA è COSTANTE. Ovvero l'energia di un sistema termodinamico chiuso non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra: l'energia perciò può essere trasferita attraverso scambi di calore e lavoro.

8) Bilancio di energia completo per sistemi chiusi

Un sistema chiuso è in grado di scambiare calore e lavoro con l'ambiente esterno, ma non materia, la massa è di conseguenza costante.

Il bilancio di energia per un sistema chiuso legge:

(Energia accumulata)=(flusso di calore) + (lavoro)

d/dt [U + 1/2u² + gz] = dQ̇ + dW_ec + dW_s

Δ/dt di E_k e E_p = φ

W_s = φ → dU = Q̇ + W_ec

dU = dQ + dW_ec

9) Bilancio di energia completo per sistemi aperti

Un sistema aperto è in grado di scambiare calore, materia e lavoro con l'ambiente esterno. Essendo la materia non costante è necessario fare un bilancio di materia:

d/dt m_vc + Δ(ṁ)_sc = φ

st. stazionario Δ(ṁ)_sc = φ

Il bilancio di energia segue dal fatto che ciascun flusso in entrata o in uscita trasporta energia sotto forma di energia interna, potenziale e cinetica.

d/dt(m_nuU)_cv = Θ[ṁ(U + 1/2αu² + gZ)]_cs + Q̇ + Ẇ

10) Trasformazione reversibile

Si dice reversibile, una trasformazione che può procedere secondo infiniti stati di equilibrio e la sua direzione può essere invertita in qualsiasi istante.

11) Calore specifico a pressione/volume costante

Il calore specifico è l'energia necessaria per innalzare la temperatura di una unità di massa:

C = dQ/dt

V=cost C_v = (∂U/∂T)_V

P=cost C_p = (∂H/∂T)_P

25) Coefficiente di Equilibrio Liquido-Vapore

Definito come il rapporto fra la frazione molare di vapore e di liquido, questo coefficiente varia con pressione, composizione e temperatura.

Ki = _yi/_xi

26) Coordinata di reazione/grado di avanzamento

Descrivere il rapporto tra la quantità di reagente consumato o di prodotto formato e il suo coefficiente stechiometrico.

dξ = _dνi/_νi

27) Volatilità

La volatilità è una proprietà chimico-fisica che rappresenta la tendenza di un solido o di un liquido rispettivamente a sublimare o a vaporizzare. In generale sono considerate volatili le sostanze che, in determinate condizioni di T,P, presentano elevata tensione di vapore. In poche parole il sistema tende ad evolvere spontaneamente verso lo stato aeriforme.

α_ij = _Ki/_Kj = _{xi / psati}/_{xj / psatj} = 1

RISPOSTE PIU ARTICOLATE

1) Gradi di libertà di una miscela bifase monocomponente

La regola delle fasi (o regola della varianza di Gibbs permette di definire lo stato di EQUILIBRIO in un SISTEMA ETEROGENEO e prevede che: F= C-P+2

Dove:

• F sono i gradi di libertà ovvero il numero di variabili che si possono modificare senza che venga alterato lo stato di equilibrio dei un sistema;
• C è il numero di componenti;
• P è il numero di fasi.

Si nota che i sistemi a più componenti possono avere più fasi in equilibrio contemporaneamente. Solo le miscele gassose formano un’unica fase. Se abbiamo una miscela bifase monocomponente avremo: F= 1-2+2=1; in questo sistema termodinamico la varianza risulta essere pari a 1, ciò significa che, una volta fissata una variabile intensiva (come la T) saranno presenti le due fasi ad una e una sola P, o viceversa.

2) Teorema degli Stati Corrispondenti

Il teorema degli Stati corrispondenti si occupa di generalizzare la trattazione di

4) Rappresentare le curve caratteristiche in un generico diagramma di fase (P-T) e descriverle.

Punto triplo= punto in cui c'è la coesistenza delle tre fasi (gas, liquido e solido).

Punto critico= condizione sopra la quale NON si ha più la distinzione di liquido e vapore ma si creerà la fase detta supercritica.

Curva sublimazione= curva che separa s-l ovvero il solido passa direttamente allo stato di vapore senza passare per la fase liquida.

Curva di vaporizzazione= curva che separa la fase liquida dalla fase di vapore, il liquido evapora o il vapore condensa.

Curva fusione= curva separa la fase solida dalla fase liquida, avviene la fusione o la solidificazione. In molti casi, questa curva ha una pendenza positiva, indicando che un aumento di pressione tende ad aumentare il punto di fusione.

5) Rappresentare in un diagramma il ciclo di Rankine, descriverne le trasformazioni ed il calcolo del rendimento.

Essendo il ciclo di Carnot un ciclo che segue l'idealità, ovvero che rassicura l'irreversibilità delle trasformazioni data da dissipazioni di varia natura; e quindi non realizzabile a livello pratico. Affinché il ciclo di Carnot possa essere realizzato è necessario mantenere la T al di sotto della temperatura critica del fluido per poter operare all'interno della campana e la COMPRESSIONE di un LIQUIDO NON SATURO è estremamente complicata. Cavitazione pompa. Il ciclo che viene impiegato nella realtà per mimare il funzionamento di un ciclo di Carnot è il ciclo Rankine.

• 1-2: riscaldamento isobaro (P cost) in un bollitore per produrre vapore surriscaldato, assorbimento di Q da sorgente calda;
• 2-3: espansione reversibile adiabatica in turbina (isoS) fino a Pcond;
• 3-4: cessione di Q ad una sorgente fredda, condensazione del vapore fino al punto di saturazione;
• 4-1: il liquido saturo viene pompato reversibilmente fino a Pboiler;