Fisica I - Termodinamica

Termodinamica

Si occupa di studiare sistemi termici e le loro relazioni col mondo termico o meglio col riscaldamento.

Temperatura

La temperatura è una grandezza che riesce a descrivere lo stato termico di un corpo (relativa al trasferimento di energia termica da un corpo a un altro).

La misurazione della temperatura si basa sulle seguenti:

1. I corpi possiedono proprietà fisiche dette termometriche che variano al variare del loro stato termico.
2. Principio zero della termodinamica: se due corpi hanno uno stato termico diverso e vengono messi a contatto, dopo un certo lasso di tempo si otterrà uno stato termico (equilibrio termico).

Per misurare la temperatura si misura il valore di una proprietà fisica di un corpo, che varia in funzione dello stato termico. Questa proprietà è detta variabile di stato o prop. termometrica.

Essendo la temperatura una grandezza deve quantificare il fenomeno in maniera numerica, per questo il termometro associa alla misuria della variabile di una proprietà una scala termometrica. Si ottiene così un valore di determ stato termico.

In definitiva:

• Termodinamica = studia i termini termici. Termini termici vengono descritti attraverso temperatura/calore.
• Temperatura = grandezza che misura lo stato termico Per farlo si misura una proprietà che varia al variare dello stato termico. E grazie a questa variabile si riesce ad ottenere un valore della prop.

2^o P.TO FISSO DEL GHIACCIO: stato termico di una miscela di acqua e ghiaccio esposta all'aria alla pressione d'un'atmosfera.

2^o P.TO FISSO DEL VAPORE: stato termico dell'acqua bollente alla pressione d'un'atmosfera (porzione d'acqua dello stesso stato di guida allo stesso gasoso).

● SCALE TERMOMETRICHE ●

• La scala Celsius prende come punti fissi, valori di tipo: -p.to fisso del ghiaccio -p.to fisso del vapore
• La scala Kelvin prende come punto fisso lo zero assoluto stato in cui un coprio non preaccelerare termine a 0.

Misurazione della temperatura

• Assegnare ad ogni variazione del corpo una calore numerica (termometrico).
• Venere i corpi saggiando il loro stato termico, mi accuceremo lo stato e il corpo e al tempo stesso indicare lo stato termico di equilibrio.

0^oC = 273, 16 K

1^oC = +1 K + 273, 16 K = 274, 16 K

Proprietà di stato intensive ed estensive

• Intensive: Parametri di caratterizzazione proprietà locali del sistema.
• Estensive (additivi): Caratterizzano delle quantità additive (ad esempio la massa, il volume, l'energia).

Lavoro in una trasformazione termodinamica

• Un sistema termodinamico è racchiuso in un volume delimitato da una superficie esterna, attraverso la quale interagisce con l'ambiente esterno.
• Per il III principio della dinamica: Il sistema esercitando forze sulle pareti del sistema provoca la formazione di torri di pressione uguali e contrario (a quelle esercitate dal sistema) esercitate dall'esterno.
• Se il sistema contrae il suo volume le forze applicate sulla sup. esterna opposta al dito di applicazione compiono lavoro.

Trasformazione quasi-statica (variazioni lente di parametri)

• Soppesiamo un sistema gassoso (ad es. un recipiente) munito di pistone
• Se la pressione esterna statistic P_e
• Se il gas si espande le forze esterne opposte al pistone di d_in con una forza pari a P_e

F_PoS

dSL = P_oS * d_iv = P_o * dv

_S indica che la grandezza dipende dalla trasformazione

I PRIMO DELLA TERMODINAMICA

ΔU = variazione dell'ENERGIA INTERNA (U) del sistema.

L'energia interna (U) è una funzione di stato che esprime l'energia totale posseduta da un corpo/sistema; sono le funzioni di:

• energia cinetica delle molecole costituenti il sistema
• energia potenziale delle forze intermolecolari
• energia nucleare degli atomi e/o nuclei.

Non esistono strumenti per misurare l'ENERGIA INTERNA (U) in uno stato; l'unico modo per cui si può sapere quanto varia dallo stato A allo stato B è il calore.

Il 1^o principio della termodinamica afferma che:

Alla variazione di ENERGIA INTERNA corrisponde sia il CALORE (energia termica) che il LAVORO (energia meccanica). Quindi un sistema può passare dallo stato A allo stato B e il BILANCIO ENERGETICO deriva tra il sistema (calore e/o lavoro) e l'ambiente. E quindi per (Q-L)

• Q > L U(B)-U(A) > 0 ⇒ U(B) > U(A) ⇒ +U
• Q < L U(A)-U(B) < 0 ⇒ U(A) > U(B) ⇒ -U

+U e = stato ricco energia +Q = calore ass. -U e = stato carente energia -Q = calore ced. -L = lavoro ceduto

Infatti riportato una formulazione del principio di conservazione dell'energia (il calore è uno scambio di energia termica il lavoro uno scambio di energia meccanica) possiamo l'energia in un testo e si distingue in 3 situazioni;

presa un SIST. TERMICO ISOLATO (nel perché non può cambiare energia con l'AMBIENTE) ed effettua una transf. CICLICA (A-B=A) , ne vale Q-L=0 ↔ Q=L cioè la quantità di calore assor. e poi che quantità di lavoro ceduto l'energia è costante

γèo ỏn ṃ Ǘ (TASC -oẹכר) +L Q>0

δQ-δL=δU

1^o principio

TP di trasformazioni

• Isobara: p cst [delta dai 2 progettieri]
• Isocora: V cst = 0 [delta verticale]
• Isoterma: T cst [Ramo di iperbole equilater]
• Adiabatica: Q = 0

Per essere rappresentabile sul piano di Clapeyron la trasformazione deve essere QUASI STATICA E REVERSIBILE.

In generale, durante una trsf., il volume del gas cambia. Nel caso di TRASFORMAZIONI QUASI STATICHE e nel caso in cui non vi sia lavoro dissipativo

1. Segui che applicando il 1°principio

   dU = [delta Q-delta L]

   delta L = ∫_va^v_e p.dv + dV

La pers. che dovetto opero su una pressione esercitata dal gas.

Se la trasc. è eseguita in sesso inverso basta cambiare sesso a dV e du primo modo Q cambio sesso.

Una trap quasi-statica senza attrito e reversibile.

Descrizione del funzionamento (macchina termica)

• Dato un sistema termodinamico con poteri isolati, esso riceve, scambia energia termica a temperatura T il sistema effettua una trasformazione che separa e compie lavoro.
• (perdendo energie al termine del ciclo, ΔU=0) [0=Lf].
• Quindi non è possibile trasformare completamente in lavoro l'energia in uno stato chiuso, ma ci deve sempre essere uno stato _T [i cambiamenti di volume del gas].
• Effettuiamo un ciclo, dove riportiamo il sistema dallo stato B allo stato iniziale A.
  • Il sistema deve restituire il calore importato alla sorgente, e per fare accadere ciò, il sistema riceve un lavoro, posso a quello compiuto, dall'esterno.
• Cosi facendo si ha che:
  • L_ciclo=L_AB-L_BA=Q_B-Q_A=0
  • (Q_E-L_E) (Q_B=Q_A)
• Alla fine del ciclo il lavoro prodotto è nullo, il calore è in stato nullo in lavoro.
• Per fare ciò, il calore è trasformato ciclicamente in lavoro sono necessarie almeno due sorgenti a temperature (T_C e T_F con T₁ > T₂).
• Il calore assorbito non deve essere tutto tramite al cal fatto se si vuole perdere nel passaggio, dal calore ordinato deve essere in parte trad. in lavoro e in parte ceduto A_' ad L_ciclo.

Quando una volta aver assorbito calore alla temperatura T_C deve riportato a temp. T_C ed averlo trasformato in Lavoro (lavoro compiuto), con una ΔU=0 (nessuna variazione di temperatura), ti è osservata allo stato B. La transf. eseguita è un'isoterma.

• Per fare in modo che il lavoro con il sistema deve ridurre da influire a pozzo compiuto bisogna abbandonare la temperatura del gas senza abbassare calore serve una superficie alla trasf. di riferimento a cui ΔU=-L.

Questo bisogno compiuto è ritornato ad espansione adiabatica con T_X e la temperature di subire. Ti sono assorbito come espresso, sia nuove temperature rid e non riduzioni esatte vero tutto energia e quante risulta quella trasformazione.

• Esatto se:
  • Temperature T_F di lavoro cia deve ridurre dall'effetto e la temperatura di subire. Ti sono assorbito come espresso, sia nuove temperature rid e non riduzioni esatte vero tutto energia e quante risulta quella trasformazione.
  • Cedendo T_C e minore delle L_C = (minore, Le inv.) Devo ripristinare in elementi il calore assorbito con 1/B (calore) almeno due lavoro compiuto e in parzialità lavoro - (il rimane in 0 L_C)