Appunti di fisica sperimentale

V (volume) e T(temperatura)-> eq. implicita: f (p, V, T) = 0eq. esplicita: p = p (V, T)V = V (p, T)T = T (p, V)

EQUILIBRIO TERMICO: considerando due sistemi A e B, ciascuno in equilibriotermodinamico, con A a temperatura Ta e B a temperaturaTb, i due sistemi si diranno in equilibrio termico quandohanno la stessa temperatura Ta = Tb.Per portare due sistemi all’equilibrio termico si puòmetterli a contatto e se viene raggiunto l’equilibrio alloraparleremo di pareti diatermica, mentre se non si raggiungemai l’equilibrio allora parleremo di parete adiabatica.Un sistema è detto adiabatico se circondato da paretiadiabatiche.

MULINELLO DI JOULE E PRINCIPIO DI EQUIVALENZA TRA CALORE E LAVORO:Il mulinello viene messo in rotazione, in acqua,spendendo del lavoro W1, fornito dalla variazione dienergia potenziale di due masse che scendono sottol’azione della forza di gravità.L’acqua agitata viene riscaldata per effetto dell’attrito.(Questo

è il procedimento base; altri procedimenti spenderanno lavori W2, W3 e W4) FISICA TERMODINAMICA 1

Il risultato dell’esperimento è che il lavoro speso, a parità di massa d’acqua, W1,W2, W3 e W4, è sempre proporzionale alla variazione di temperatura dell’acqua con la stessa costante di proporzionalità.

Il sistema passa da una temperatura T (in) a una temperatura T (fin).=> W = - ∆U = U (in) - U (fin)

Q = ∆U —> Q = - W (dove Q rappresenta il calore scambiato per far variare di ∆T la temperatura della massa d’acqua e W il lavoro che deve essere speso, in condizioni adiabatiche, per ottenere la stessa variazione di temperatura.)

Q = - W si chiama equivalenza tra calore e lavoro.

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA:

Se un sistema compie una trasformazione dallo stato A allo stato B, scambiando calore e lavoro con l’ambiente, Q e W dipendono dalla trasformazione che congiunge i due stati termodinamici, mentre la

differenza Q - W risultaindipendente dalla trasformazione. Da cui ∂Q - ∂W = dU=> Q - W = ∆UQ = ∆U + W=>che è il primo principio dellatermodinamica. (verde)

FISICA TEROMODINAMICA 1

trasformazione ciclica

Se il sistema compie una o chiusa∆U = 0 Q = W=> =>Il lavoro scambiato è uguale al calore scambiato.

Se nella trasformazione ciclica il sistema complessivamente assorbe calore, Q > 0,esso fornisce calore, W > 0, e costituisce una macchina termica.

ENERGIA INTERNA: indica che non si tratta di energia cinetica del sistema o dienergia potenziale, bensì di energia legata a proprietà internedel sistema che non dipendono dallo stato complessivo dimoto, ma piuttosto dalla temperatura del sistema, dallapressione a cui è sottoposto e dal volume che occupa.

TRASFORMAZIONI: considerando una trasformazione qualsiasi, gli stati intermediattraverso cui passa il sistema possono essere di equilibrio odi non equilibrio.

Trasformazioni

quasi-statiche: per effettuare una trasformazione che passi attraverso stati di equilibrio bisogna procedere con variazioni molto piccole delle coordinate termodinamiche. (si discosta di poco da uno stato di equilibrio e si attende il ripristabili dell'equilibrio) In casi come questo si stanno operando delle trasformazioni quasi-statiche (svolgimento lento). La lentezza della trasformazione, però, non garantisce che gli stati intermedi siano di equilibrio, ma bisogna valutare la presenza o meno di forze dissipative.

Trasformazione reversibile: se essa avviene attraverso stati di equilibrio e in assenza di qualsiasi forza dissipativa.

Trasformazione irreversibile: se passa attraverso stati di non equilibrio o c'è presenza di forze dissipative (o entrambi). (verde)

FISICA TERMODINAMICA 1

CALORIMETRIA: consideriamo due corpi a diversa temperatura T1 e T2 che vengono messi in contatto termico all'interno di un contenitore adiabatico.

Te = temperatura di equilibrio raggiunta da

ad un certo numero di moli di una sostanza.

c = (1/n) (dQ / dT)

dQ = n c dT

Q = n c (T2 - T1)

Q = n ∫(da T1 a T2) c(T) dT (verde)

FISICA TERMODINAMICA 1

Quando la trasformazione avviene in assenza di lavoro scambiato con l'ambiente

dW = 0 e dQ = dU posso scrivere:

c = (1/m) (dU / dT) e c = (1/n) (dU / dT)

CAMBIAMENTI DI FASE: passaggio tra i vari stati della materia.

CALORE LATENTE: i cambiamenti di fase sono accompagnati da scambi di calore.

Q = m lamda (dove lamda è il calore latente)

FISICA GAS IDEALI (blu)

Variabili termodinamiche per descrivere lo stato termodinamico dei gas e le eventuali trasformazioni: pressione, temperatura e volume.

LEGGE DI BOYLE: prendendo un gas in equilibrio termodinamico e si fanno variare i valori della pressione e del volume, mantenendo costante la temperatura => p V = costante

Quindi si avrà sempre p1 V1 = p2 V2

VOLTA-GAY LUSSAC: se la pressione di un gas durante una trasformazione resta costante, si parla di trasformazione isobara:

V = V°