Lezioni: Appunti di Termodinamica applicata

TERMODINAMICA

Scopo della termodinamica è studiare fenomeni riguardanti CALORE e LAVORO, e le problematiche di trasformazione dell'energia.

• L'energia è capacità di produrre un cambiamento, è intrinseca alla materia.
• Per studiarla usiamo il metodo classico, di fondo dell'approccio macroscopico, e sull'ipotesi del continuo (si suppone che la materia sia continua). Inoltre si introducono delle regole comportamentali per le sostanze (non solo gas ideali). Infine si ipotizza l'omogeneità spaziale (in una data regione di spazio le proprietà sono identiche, come pressione, temperatura).

TERMODINAMICA

Scopo della termodinamica è studiare fenomeni riguardanti CALORE e LAVORO, e le problematiche di trasformazione dell’ENERGIA.

• L’energia è capacità di produrre un cambiamento, è intrinseca alla materia.
• Per studiarla usiamo il metodo CLASSICO, di fonda dell’approccio MACROSCOPICO, e sull’ipotesi del CONTINUO (si suppone che la materia sia continua). Inoltre si introducono delle regole comportamentali per le sostanze (non solo gas ideali). Insieme si ipotizza l’OMOGENEITÀ SPAZIALE (in una data regione di spazio le proprietà sono identiche, come pressione, temperatura).

Definizioni

• Si dice superficie di controllo una superficie che racchiude tutti i componenti del sistema, rappresenta il confine del sistema.
• L'ambiente esterno è la porzione di spazio che contiene tutti i componenti che non fanno parte del sistema.
• L'universo è costituito da sistema + ambiente.
• Le proprietà termodinamiche sono grandezze fisiche che descrivono il sistema (temperatura, pressione, potenziale elettrostatico), sono indipendenti quelle di un sottosistema che permette di calcolare le variabili mancanti.
• Lo stato termodinamico è una "fotografia" ad un certo istante, caratterizzato

dare coordinate termodinamiche in quel dato istante.

• un sistema può essere: aperto, scambia massa, calore, lavoro; chiuso, scambia calore, lavoro; isolato, non avvengono scambi. Il sistema interagisce con l'ambiente tramite la superficie di controllo, quindi la differenza tra sistema aperto e chiuso è lo scambio di massa attraverso la sup. di controllo.
• l'equilibrio di un sistema può essere: meccanico (no scambi di lavoro) termico ( " " calore) elettrico (no moti di cariche) chimico (no reazioni chimiche). L'equilibrio termodinamico è la presenza simultanea di tutti i tipi di equilibrio.

Evoluzione del sistema

• Il processo è la rappresentazione dell'evoluzione del sistema attraverso i valori delle variabili termodinamiche.
• La trasformazione è una curva che descrive l'evoluzione degli stati.

Nei processi compare il tempo.

Nelle trasformazioni si fa la composizione dei processi, non si ha più il tempo.

• PROGRESSO CICLICO, si fa un ritorno allo stato iniziale.

• Si dice PROCESSO DIRETTO un'evoluzio- ne diretta da A a B. Si dice invece PROCESSO INVERSO un'evoluzione da B ad A lungo la stessa linea di trasformazione del processo diretto.

• Un processo P si dice REVERSIBILE se ammette un processo inverso, e se il processo diretto e inverso non lasciano traccia nell'universo, come se nulla fosse successo (la negazione di uno di questi concetti implica NON REVERSIBILITA')

grandezze INDIPENDENTI

Sono dette GRANDEZZE DI STATO, sono identificabili in ogni punto, e sono scrivibili in forma differenziale esatta :

dy = Y(x + dx) - Y(x)

Esse quindi non dipendono dalla linea del processo; In tal caso l'integrale sarebbe un integrale definito.

grandezze DIPENDENTI

Sono identificabili dalla conoscenza dell'intero processo, non possiamo calcolarle con un integrale definito poiché la loro variazione non è un differenziale esatto, serve un integrale di linea.

Temperatura

Parlare di temperatura significa quantificare la sensazione di caldo e freddo, mediante la grandezza fisica del "livello termico". La misura della temperatura significa considerare due contenitori con sostanze diverse, e metterli a contatto; se la superficie di contatto è diatermana, le due sostanze modificano il valore delle variabili termodinamiche fino a raggiungere l'equilibrio termico (stesso livello termico, stessa temperatura).

Principio zero:

Due corpi in equilibrio termico con un terzo corpo, sono in equilibrio tra loro.

• Per misurare la temperatura bisogna quindi considerare

l'equilibrio tra due corpi, un termometro e un corpo.

Termometro:

Per costruire un termometro serve definire una variabile termometrica, cioè che si modifica in base alla variazione di energia negli scambi di calore. Ad esempio in un termometro a bulbo le variabili sono la pressione P di un gas inerte, e il liv