Fisica Tecnica - Concetti Generali

Sistemi Termodinamici

Si definisce sistema termodinamico la quantità di materia o la regione di spazio cui si riferisce l'analisi di massa o la regione al di fuori del sistema e cioè ambiente, mentre la superficie reale o immaginaria che separa il sistema dall'ambiente è detta superficie di contorno. Questa superficie, macroscopicamente ha spessore nullo, perciò non può né contenere massa né occupare volume. Questa superficie sarebbe la linea di contorno che separa il sistema dall'ambiente circostante.

Esistono 2 tipi principali di sistemi termodinamici: aperto e chiuso.

Un sistema termodinamico si dice chiuso se scambia energia sotto forma di calore o di lavoro ma non materia con l'ambiente. Nel caso in cui il sistema non scambi nemmeno energia con l'ambiente, esso si dice sistema isolato.

SISTEMA CHIUSO m = costante

Un sistema termodinamico si dice aperto se scambia energia e massa liberamente con l'ambiente circostante. In un sistema aperto conviene riferirsi al Volume di Controllo (V.C.) che rimane costante durante i processi.

VOLUME DI CONTROLLO

Stato Termodinamico

A cosa servono le grandezze di stato? Le grandezze di stato servono a definire lo stato termodinamico di un sistema, ovvero le condizioni in cui si trova l'istante ad un certo istante di tempo. Le nozioni di stato termodinamico e quelle di grandezza di stato sono correlate tra loro poiché lo stato termodinamico è rappresentato ed è definito dal valore delle proprietà di stato che caratterizzano il sistema in un dato istante. Non tutte le grandezze di stato sono indipendenti; cioè se trovo una grandezza di stato ciò comporta inevitabilmente una variazione di un'altra grandezza di stato. Fissato un certo numero di grandezze di stato che sono indipendenti fra loro, le altre grandezze di stato non saranno indipendenti. I valori assunti dalle altre grandezze di stato saranno determinati dalle variazioni che vengono effettuate sulle grandezze di stato indipendenti.

La caratteristica fondamentale delle grandezze di stato è che esse definiscono lo stato termodinamico del sistema. Sono funzioni di linea, ossia il valore che loro assumono è funzione puntuale unicamente dello stato assunto dal sistema ed il loro valore non dipende cioè dal percorso attraverso il quale si raggiunge quel determinato stato. Ciò significa anche che la variazione di una grandezza di stato comporta necessariamente un cambiamento di stato ed essa è determinato dagli stati iniziale e finale della trasformazione (dato che le grandezze di stato sono funzioni di linea).

TRASFORMAZIONI NOTEVOLI E TRASFORMAZIONI CICLICHE

Le trasformazioni notevoli sono un tipo particolare di trasformazioni termodinamiche in cui una delle variabili di stato si mantiene costante. A seconda della grandezza che si mantiene costante distinguiamo:

• ISOTERMA (T=costante)
• ISOBARA (P=costante)
• ISOCORA (V=costante)
• ISOENTALPICA (ENTALPIA=costante)
• ISOENTROPICA (ENTROPIA=costante)

ADIABATICA

Non si mantiene costante niente (tranne sotto certe condizioni). Avviene senza scambio di calore con l'ambiente esterno.

POLITROPICA

Trasformazione generica. Graficamente è una curva che approssima i valori sperimentali di una trasformazione. Esse. V. Andando a fare delle misure sperimentali delle coppie pressione-volume istante per istante, ottengo una serie di punti sperimentali. Le curva che mi unisce tali i punti sperimentali prende il nome di politropica.

Una trasformazione può anche avere una nozione ciclica, in tale caso si parla di trasformazioni cicliche o ..........

1° modo

Esistono due punti g e n dai quali supponiamo che passi la retta e applichiamo la formula della retta passante per due punti,

g (X_g, t_g)

n (X_n, t_n)

t_n

t_g

t_g= q + b X

b =

t(X) = q +

A cosa corrispondono di preciso i punti g e n? I punti g e n corrispondono, nella scala Celsius ai PUNTI DI FUSIONE ED EBOLLIZIONE NORMALE DELL'ACQUA PURA, per i quali si assegnano le temperature:

t_g = t(X_g) = 0° C,

t_n = t(X_n) = 100° C,

Quindi:

1°C =

t(X)

t(X)

t(X_g)

t(X_g)

q =

termine

noto

q =

y = mx + q

m =

q =

Trascrizione del testo

Notiamo che sul pelo libero del liquido la pressione è nulla ma a mano a mano che scendiamo in profondità la pressione aumenta in modo lineare fino a raggiungere il suo valore massimo.

A causa di questo andamento triangolare della pressione le dighe non sono mai dritte ma sono sempre inclinate di un certo angolo proprio per contrastare la spinta idrostatica che viene esercitata dal liquido sulla parte bassa delle dighe.

All'interno di un liquido se consideriamo una superficie S di forma rettangolare (ad esempio) noteremo che sui lati orizzontali la pressione esercitata dal liquido rimane costante mentre sui lati verticali la pressione varia seguendo un andamento triangolare.

Quanto vale la pressione esercitata dal liquido sulla superficie S? Quanto vale cioè P₂? Immaginiamo che su questa superficie S ci sia una colonna di liquido che con il suo peso preme sulla superficie S:

P_e = m_g = ρVg = ρ(S·Δz)g

mente misurabile per mezzo di una misura della temperatura. Proprio

per questo motivo, la si chiama "componente sensibile", in quanto

la possiamo sentire attraverso una misura della temperatu-

ra.

L'altra componente è la componente latente (cioè non visibile

dall'esterno è data dalla somma dell'energia di traslazione

e rotazione delle molecole (non quella vibrazionale in quanto è quasi

costante ed è una forma di energia cinetica per cui è sensibile), della ener-

gia chimica (cioè l'energia sprigionata dai legami intermolecolari) e

dell'energia nucleare (cioè l'energia fornita dai nuclei atomici).

Esempio. Sappiamo che il ghiaccio fonde a 0°C. Consideriamo un

pentolino con dentro dei cubetti di ghiaccio e accendiamo la fiamma.

Notiamo che il termometro misura sempre la stessa temperatura anche

quando il processo di fusione si è concluso. Qual è il motivo? Il mo-

tivo è che l'energia che abbiamo fornito attraverso la fiamma, non

si è trasformata in energia cinetica

è stata utilizzata per rompere i legami intermolecolari, che sono

una componente latente dell'energia interna posseduta dal sistema.

Per questo motivo il termometro, ci dà lo stesso valore di

temperatura durante il processo. Non riusciamo a notare questo fat-

to con l'utilizzo del termometro.