Appunti di Fisica Generale - Termodinamica/Elettromagnetismo

TERMODINAMICA

1. Cosa si intende per sistema termodinamico ambiente e universo. Per sistema termodinamico si intente un qualcosa che è oggetto dea nostra studio: questo qualcosa può trasferire calore (trasferimento di energia a livello macroscopico) oppure compiere lavoro (massa ferimento di energia a livello macroscopico) per ambiente si intende tutto quell'insieme con cui il sistema interagisce. L'insieme sistema più ambiente si chiama universo termodinamico in senso locale.

2. Cosa si intende per sistema aperto, chiuso e isolato Se tra il sistema e I'ambiente avvengono scambi di energia e materia, il sistema e detto aperto. Il sistema si dice chiuso se sono esclusi scambi di materia e si hanno solamente scambi di energia. Il sistema è detto isolato se non avvengono scambi di energia e di materia con l'ambiente o con altri sistemi termodinamici. L'universo termodinamico è da considerarsi un sistema isolato.

3. Cosa si intende per equilibrio termodinamico Lo stato termodinamico di un sistema è detto di equilibrio quando le variabili termodinamiche (volume, pressione, temperatura) che lo descrivono sono costanti nel tempo. In questa condizione le variabili termodinamiche sono dette variabili di stato. Per raggiungere l'equilibrio termodinamico devono essere realizzati contemporaneamente:

   • Equilibrio meccanico: equilibrio di forze e momenti
   • Equilibrio chimico: non avvengono reazioni chimiche
   • Equilibrio termico: la temperatura è costante in tutto il sistema

   Precisato il concetto di equilibrio termico, possiamo enunciare la seconda principio: due sistemi che sono in equilibrio termico con un terzo sistema sono in equilibrio termico tra loro.

Nel realizzare queste misure si trova che esiste proporzionalità tra il calore scambiato da un corpo, la massa del corpo e la variazione di temperatura:

Q = mc (T_m - T_ni)

dove c è il calore specifico una grandezza intensiva (ovvero il volume diminuisce o aumenta a seconda delle porzioni).

Caratteristica dei corpi

Il calore specifico rappresenta il calore che occorre scambiare con l'unità di massa di un dato sistema alla temperatura T per farne variare la temperatura di 1 K.

Il prodotto mc rappresenta la capacità termica del corpo, ovvero il calore necessario per far variare di 1 K la temp. del corpo.

Per due corpi in contatto si può indicare la temp. te dalla relazione: Q₁ = -Q₂

• m₁c₁(TE - TE₁) = + m₂c₂(TE - T₂)    con T₁ ≤ TE ≤ T₂

Studiando adesso l'andamento dei calori specifici nei solidi in funzione della temperatura di Debye D.

Tale temperatura è un parametro caratteristico di tipo di solido e il suo valore dà indicazioni della coesione del materiale.

PGR 1: il calore specifico tende a un valore costante uguale

per tutti i solidi pari a circa 25 J _____ K legge di Dulong e Petit

Legge di Avogadro

Essa stabilisce che volumi equali di gas diversi alla stessatemperatura e pressione contengono lo stesso numero di molecole.Detta M_m la massa totale dei gas e 1: m_u la massa di ciascunadelle molecole, ecco il comportamento il numero di molecole.N = M_m / m_u con una delle mole A massa moleculare

Considerando una massa m = A = 1: M_u = Δ

• 6,0221 × 10²³ molecol mol = m_u

Un mole di qualsiasi gas a normale atm e temperatura T = 273.00 Koccupa sempre lo stesso volume = 22,4 m

(15) Equazione di stato dei gas perfetticonsideriamo un mole per un gas alla pressione P e allatemperatura T, 10,13 k fr occupano come equivalenzadella legge di Avogadro il rapporto V_m = V_m1 (V_m1 volume molini).Molatimonzi costara il volume e portandola la temperatura al valore Tdalla legge indiana di Gay - Lusac

Pt = P₀t T teniamo stimata vicino per il volume V₀V₀Pt = V₀P₀ dT Que delli vooglev tiamoV₀Pt = V_pP₀ dalla legge di Boyle V₀Pt :VP₀ = PN

Otteniamo quindi PV = P₀V₀^atm = i.P₀rV₀m K₁ft

Posso P₀V₀1:x = R costante universaloessone lo stesso volumeper ogni gas (R = 1/0:1010.072zltml) il22,413 : = : 1:7334 =0.8414 F.KOttenere l'equazione di stato dei gas perfettiPV = n/RTl'equazione di stato dei gas reali esprime uncomportamento limite al quale si avvicinano i gas reali quandoper si avrei la loro temperatura e tiano più bassa la pressione.

TRASFORMAZIONI ISOTERME

Nel caso di una trasformazione isoterma si consipota il caso banchini in un recipiente che e in contatto termico con una sorgente di calore alla temperatura T. Rimane in maceria la temperatura del gas resta costante (quindi delta Ti=0 dal 2o principio Q_e — deltaU + W — Q` - W` — Lavoro - Q` — compressione Nel caso la fase sia isoterma reversibile (come in presenza (più lungo)Tnmac costante) Vb La lxge e sta (prenz = al teca ()

Vol ineterma a.

SQ. Si esso cinedo al gas volume e ticp, ammista nicucen di mimenconi

1) Entropia del gas ideale

Dal primo principio della termodinamica in forma infinitesima:

dQ_i = dU + dW =   vdp + pdv

Per il calcolo della variazione di entropia dobbiamo utilizzare una trasformazione rev. e quindi valgono le seguenti relazioni:

dW = pdV

dW = ndV

Pertanto:

ΔS = ∫ (d2) - ∫ ncdT + ∫ nRT dV_T

----

- ln(T_B/T_A) + nR ln(V_B/V_A)

2) Entropia del gas reale

Consideriamo l'equazione di van der Waals:

  (p +           V-b = nRT

Isolando interno     remi dipende dalla temp.

U(C,T,V) = C_vT - ag in forma differenziale

dU(C,T,V) = [C_vdT + a dv_v]

dW = pdV

----- da 1 a 2

Quindi dal primo principio dQ = dU + dW = lndT + a dV - R T dv<>

lrdT, R T dv