Richiami di termodinamica

Richiami di termodinamica

Variazza

I fluidi maggiormente disponibili in natura sono l'acqua e l'aria, per questo i maggiori impianti sono gli impianti a vapore e gli impianti a gas. Le trasformazioni termodinamiche che vedono coinvolti i fluidi prevedono quasi sempre uno scambio di energia tra questi e l'ambiente sotto forma di calore o lavoro: non è buona norma destinare ad entrambi questi scambi lo stesso apparecchio; per questo motivo gli impianti sono costituiti da più macchine collegate tra loro, ognuna di queste adibita a una diversa funzione.

Fluido è definito come la sostanza allo stato liquido e aeriforme. In condizioni di equilibrio, questi non subiscono variazioni nel tempo. Nel caso in cui uno o più parametri che descrivono lo stato di un fluido dovessero variare, allora questo sta subendo una trasformazione. Le trasformazioni sono descritte dai parametri termodinamici: pressione, temperatura e volume (→ grandezze di stato).

Al variare dello stato di un fluido, non è detto che queste tre grandezze varino contemporaneamente. Per questo si utilizza la regola delle fasi di Gibbs-Helmoltz, che fornisce la varianza di un sistema, ovvero il numero di parametri di stato che è necessario conoscere per descrivere termodinamicamente lo stato di un fluido:

ѵ = N – X + 2

Dove N è il numero di componenti indipendenti del sistema e X è il numero delle fasi presenti. Per "componenti indipendenti" si intende una sostanza di ben definita struttura chimica (es. se ho solo aria, N = 1; se ho acqua e aria, N = 2). Per "fase" si intende uno stato di aggregazione, fisicamente individuabile, presente nel sistema.

L'equazione di stato

Si può verificare che un sistema a una sola componente può avere al massimo ѵ = 2; ciò vuol dire che il suo stato termodinamico può essere descritto utilizzando solo due delle tre variabili di stato. La terza sarà legata alle altre due mediante una legge, detta equazione di stato.

Per i gas lontani dalle condizioni critiche essa assume la seguente forma:

p V = R₀ T (legge dei gas perfetti)

Dove, assumendo come V il volume di un kg della molecola, R₀ assume il valore universale di 8314 J/kmolK (Joule/kilo-moli kelvin). Nei calcoli tecnici tale equazione si utilizza con riferimento a un kg di sostanza. In questo caso essa diventa:

p = R ρ T

Dove ρ è la massa volumica e R assume un valore diverso da gas a gas, pari al rapporto tra la costante universale e il peso molecolare del gas.

Principio di conservazione e di equivalenza (primo principio della termodinamica)

Il primo principio viene qui rivisitato in...