Appunti di "Fisica Tecnica"

Il sistema termodinamico: grandezze di stato e grandezze di scambio

01. Il sistema termodinamico e l'equilibrio

• Un sistema termodinamico è una quantità di materia o porzione di spazio costituita da una o più parti, separate dal resto dell'universo, che è l'ambiente esterno, mediante un contorno, cioè una superficie reale o immaginaria rigida o deformabile.
• Un sistema è aperto se avvengono scambi di energie e di materia con l'ambiente.
• Un sistema è chiuso se sono esclusi scambi di materia e vi abbiamo solo scambi di energie.
• Un sistema è isolato se non avvengono scambi di energie e di materia con l'esterno.
• Un sistema è in equilibrio termodinamico quando è contemporaneamente in equilibrio:
  • (i) meccanico: ovvero se la risultante delle forze applicate è nulla e non c'è moto relativo fra le parti costituenti il sistema,
  • (ii) chimico: se all'interno non vi hanno reazioni chimiche,
  • (iii) termico: se le temperature e le stesse ovunque.
• Tra le grandezze di stato che definiscono un sistema, alcune sono estensive (come il V, la m, l'U, l'H, P, S...) cioè sono proporzionali alla massa, altre sono intensive (come le P, le T, il ρ, v o v u il φ, i λ, p, cp, Es) e sono univocamente determinate del sistema termodinamico.

02. La temperatura

• Una parete diatermica consente il passaggio di Q al contrario di una adiabatica.
• Il principio 0 della termodinamica: due sistemi in equilibrio termico con un terzo sono in equilibrio termico fra di loro.
• Si fissa l'espressione semplice T = α x dove x è la variabile termometrica.
• Si pone il termometro deprime al punto di fusione normale dell'acqua, dove T_g = 0, x_g; poi, al punto di ebollizione normale, dove T_v = 100, x_v, quindi si fissa l'intervallo T_v - T_g = 100 e si ottiene che α = 100/(x_v - x_g), quindi T = 100 · x / x_v - x_g. Il termometro è V esistente si permut.

te si definire le T, come T = lim _P→0 100 · ^P/_Pt purché a basse pressioni tutti i gas forniscono lo stesso valore di T.

II) Si pone il termometro a gas 2V costante al punto triplo dell'acqua; in cui, a definiti valori di P_t e T_t, osservano i tre stati fisici dell’acqua. Per definizione T_t = 273,16 K. Quindi 273,16 K = α P_t, cioè α = 273,16 K / _Pt: sceltto i due soli tipi qual fluidi termometrici il gas ideale si ha che le temperature T = ^{273,16 K}/_Pt lim _P→0 273,16 K.

3) Regola della fase ed equazioni di stato

a) La regola delle fasi di Gibbs afferma che lo stato fisico di un sistema p + 2 con un numero di componenti C chimicamente distinti, e da un certo numero di fasi F fisicamente distinte, e completamente determinato quando ci conoscono un numero v p = C - F + 2 gradi di libertà, cioè grandezze

b) Per un gas ideale l'equazione di stato del sistema e PV = n RT dove R_m

e la costante universale con R = 8314 J/K_m^ol

V = RT.

· M M = RT = M → P = RT ^R/_M da particulière del gas, ru cui

V un gas è ideale quando le sue masse molecolare M è piccole e la P basso e quindi le T alto

4) Grandezze di scambio

a) Una trasformazione quasi-statica avvenir in manierer infinitamente lente escadeii il sistema e trova in ogni istante vraimo quanto skuola all'equilibrio

b) Una trasformazione reversibile e sents de fenomeni diss ipiatri, come è letteri da stessi goes so piu toniare con un processo inverso dello stato finale a quelle iniziali.

c) Un mitiere un processo reversibile si v per forze caotica

d) Un generale secondo dL + PdV = dLt - pdv; il lavoro infinitesimo indicando con R₁₂ = ^{2F_act dv}/_A il lavoro reso per le forze di attivit, allore

L₁₂ = ∫ pdv - R₁₂

f) L'equazione di Bernoulli peri sistemac con dellimosto be verusezioni della l'emittia - del sistema e in un intervallo di tempo ∫

III) Processo isoterma

è caratterizzato da T₁ = T₂ = cost, ma anche u₁ = u₂ = cost. E quindi sì u₁

equivale p₁v₁ = RT e p₂v₂ = RT ottiene p₁v₁ = p₂v₂ = cost. Del I principio

si ha per un'isoterma definita utilizzando il processo quasiestatico reversibile,

dQ = dL =c₁c₁ T pdv _{Q1→2 = L1→21^p2p¹ RT ^v2dv = RT ^v2 d v1 = RT lnv2 ^v1 =}

Re_{v2 v1} = c_pRln_P2 ^P₁ = RT ln_v2 ^v₁

IV) Processo adiabatico

è caratterizzato da DQ = 0. Per un processo quasiestatico reversibile, da du + dl =

0 = c_v dT + pdv

d(pd) = cr dp + pdv = pd (RT) = R dT

R = cp

d(pd) = cr dp + pdv = pdv qos dp = R dv

ve = cp

ces(dp + pdv) = cp pdv = cp pdv = C_v dp - C_v) -

vdve - K pdv = vd pj = K_p^v_P^vP^v + ln_P²vd

=> ln_{P R^v2} => ln_{P v²} => ln_{P^{2 v -} P² P¹} = 0

=> ln_P1 = ln_v2 = ln_P1 + P^{2) = (P2_vv2) => (P p₂-P₂v_2i0}

P P p₂ⁱ(p₁ Π v₂) ∝ const

Da ché quindi R^T_p = cost

^T

mons

T_v ^t P₂^P K dp

Peril principio R T ^{P pk- P}

Per il deigiribno ^P Riv

1^si₃

1. nel sistema: 
2. Pd
3. dr c2₃

Infatti

1).'e

c₂ptbn dv = c + r _{p = c^pprpci}

infatti

log

P' P/P + C^mnio + _cv₁

dR' ^{M Bayer}0

K b = - _{Pp^c2cpaceptp}

in^lnvon

cN = +P²

poiccn

p' = log v/ log ¹-c ipm

&K