Fisica Generale: Termodinamica

TERMODINAMICA

Tratta di fenomeni macroscopici.

3 coordinate macroscopiche collegate tra di loro da una relazione analitica: pressione, temperatura e volume.

Sistemi termodinamici:

• CHIUSI: scambio di energia
• ISOLATI: no scambio
• APERTI: scambio di materia ed energia

PRESSIONE

Pistone mobile modifica la pressione. Per ottenere l'equilibrio devo avere P_gas = P_ext.

P_ext = ^F⁄_A

Unità di misura: Pascal (Pa) = N/m²

Relazione tra pressione, volume e temperatura si chiama equazione di stato.

TEMPERATURA

Misurabile con sistema campione (termometro), che subisce variazioni con modificazioni di temperatura.

Unità di misura: kelvin (k)

273,6 k = 0 °C

Si misura per confronto.

PRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICA

Equilibrio termico: Un sistema termodinamico è in equilibrio termico quando i valori delle coordinate macroscopiche non variano.

Sono in E.T. se sono alla stessa temperatura.

Termodinamica

Tratta di fenomeni macroscopici.

3 coordinate macroscopiche collegate tra di loro da una relazione analitica: pressione, temperatura e volume.

Sistemi Termodinamici:

• Chiusi - Scambio di energia
• Isolati - No scambio
• Aperti - Scambio di materia ed energia

Pressione

Pistone mobile modifica la pressione. Per ottenere l'equilibrio devo avere P_gas = P_ext.

P_ext = ^F/_A

Unità di misura: Pascal (Pa) = N/m²

Relazione tra pressione, volume e temperatura si chiama equazione di stato.

Temperatura

Misurabile con sistema campione (termometro), che subisce variazioni con modificazioni di temperatura.

Unità di misura: Kelvin (K)

273,6 K = 0 °C

Si misura per confronto.

Principio Zero della Termodinamica

• Equilibrio termico: Un sistema termodinamico è in equilibrio termico quando i valori delle coordinate macroscopiche non variano. Sono in E.T. se sono alla stessa temperatura.

Se ho 2 sistemi in equilibrio e li metto a contatto:

1. Cambiano i loro stati e raggiungono un nuovo equilibrio → le pareti sono diatermiche o diatermane.
   • Conduttori, metalli.
2. Rimangono nel loro stato iniziale → pareti sono adiabatiche o adiatermane.
   • Isolanti polistirolo.

Equilibrio termodinamico → eq. termico, eq. meccanico e eq. chimico.

Principio zero della termodinamica

Due sistemi separatamente in equilibrio termico con un terzo sistema, sono in equilibrio termico tra di loro.

Transformazioni termodinamiche

• Irreversibile: f ≠ f́ m ≠ ḿ
• Reversibile: f = f́ m = ḿ
  • Affinché sia reversibile la trasformazione deve essere
    • quasi statica
    • non devono agire forze dissipative

Trasformazione quasi statica

Se p gas > p ext, gas si espande e alza il pistone molto velocemente e il sistema non è in equilibrio → non posso usare coordinate macroscopiche per descrivere sistema.

Se faccio avvenire la trasformazione molto lentamente riesco a osservare stati intermedi.

Piano di Clapeyron

Trasformazione quasi statica si rappresenta con linea continua.

• ISOTERME T = COST
• ISOCORE V = COST
• ISOBARE p = COST
• ADIABATICOSistema termicamente isolato Q = 0

LAVORO TERMODINAMICO

Lavoro rappresenta scambio di energia.

Espansione gas compie lavoro per alzare il pistone

dL = -(F_e)ⁱ dr = + |F_e| dr = p_e A dh = p_e dv

dh = dn → cambiamento di posizione

F_e = p_e A ⇨ A · dn = dv

L_AB = ∫_A^B p_e dv = p_e (V_B - V_A)

Se nel vuoto → p_e = 0 ⇨ L_AB ⇨ non oppone resistenza

Se trasformazione quasi-statica:

L_AB = ∫_VA^V_B p dv

Se ambiente compie lavoro su sistema ⇨ L < 0

Se sistema compie lavoro su ambiente ⇨ L > 0

x > 0 da A a B

È un'espansione

x < 0 da B ad A

È una compressione

Se A = B → ciclo

Segno del lavoro dipende dal senso in cui è percorso il ciclo.

CALORE

Energia scambiata tra due corpi posti a contatto tra di loro attraverso parti conduttrici. Scambio non meccanico.

Unità di misura: J o cal (1 cal = 4,186 J)

• Capacità termica: corpo che scambia calore cambia la propria temperatura

C_m = ^Q/_ΔT o C = ^δQ/_dt

• Calore specifico: dipendente dalle capacità termica e del materiale che sto considerando.

c = ¹/_m ^δQ/_dT da cui Q = ∫_t1^t₂ c dT = mcΔT

• Calore molare

c =