Definizione di Sistemi e cenni di matematica pratica

Lezione 0: Introduzione alla terminologia e alla matematica

Definizione di sistema

Un sistema è definito da una superficie di controllo, che delimita i confini. Tali confini possono essere definiti in maniera "pragmatica" da pareti che possono essere mobili o rigide, permeabili (se si lasciano attraversare) o impermeabili. La materia che si trova all'interno della superficie di controllo rappresenta il sistema, quella esterna l'ambiente.

Sul tavolo della cucina c'è una scodella con del brodo all'interno. Se la scodella è la superficie di controllo, il brodo è la materia e tutto ciò che circonda la scodella (tavolo, cucina) è l'ambiente.

SWOT analysis e scambi di materia

Rispetto agli scambi di materia:

• Aperto: Il sistema scambia materia con l'ambiente.
• Chiuso: Non scambia materia con l'ambiente.

Un sistema aperto è, per esempio, un bicchiere pieno d'acqua: l'acqua può entrare e uscire se il "sistema" e la materia sono messi in movimento, cioè sono sollecitati.

Un sistema chiuso è, per esempio, una bottiglia di acqua chiusa: pur sollecitando il sistema, l'acqua non esce dalla bottiglia.

Scambi di calore

Rispetto agli scambi di calore:

• Adiabatico: Non scambia calore con l'ambiente.
• Isolato: Un sistema chiuso è definito isolato.

Un esempio di sistema isolato è una bottiglia termica chiusa: al suo interno non esce e non entra liquido seppur sollecitata, e tale liquido mantiene costante la sua temperatura perché non "disperde" nell'ambiente il suo calore.

Variabili di stato e funzioni di stato

Si definisce variabile di stato una proprietà macroscopica (di cui ad occhio "nudo" posso constatarne gli effetti) misurabile (ad esempio la pressione, la temperatura o il volume).

Si definisce funzione di stato una funzione di variabili che serve a descrivere lo stato del sistema.

Esempio: L'equazione dei gas ideali (P*V=N*R*T) è una funzione di stato che "descrive" attraverso le variabili di stato pressione, volume e temperatura lo "stato di un gas".

Supponiamo di schiacciare un palloncino pieno di aria con un piede. Per comprendere se dopo tale azione l'aria all'interno del palloncino sarà più calda (variabile di stato temperatura) o più pressata (variabile di stato pressione), o più "estesa" (variabile di stato volume), supponendo di conoscere due delle tre variabili, posso utilizzare la funzione di stato PV=NRT per conoscere la variabile non nota.

Variabili intensive e variabili estensive