Termodinamica

Termodinamica

La termodinamica si occupa delle descrizioni macroscopiche di un sistema, con lo scopo di definire le grandezze macroscopiche fondamentali per descrivere il suo stato interno, la relazione che esiste tra queste grandezze e la loro evoluzione conseguente ad una perturbazione esterna. Quindi, mentre ad esempio la dinamica di un corpo rigido si occupa di determinare l'energia cinetica totale di un sistema, la sua energia potenziale, come l'energia meccanica totale (che varia se un'osservazione del moto del centro di massa e del resto delle osservazioni globali attorno al centro di massa) resta costante all'interno al moto interno al corpo rigido... la termodinamica si occupa invece delle variazioni interne di questo sistema. Per riempiendosi a livello microscopico il moto dei vari sistemi costituenti, risulta comunque e sono quelle che possiamo chiamare l'energia interna del sistema.

Descrizione macroscopica

La termodinamica si occupa delle descrizione macroscopica di un sistema, con lo scopo di definire le grandezze macroscopiche fondamentali per descrivere il suo stato interno, la relazione che esiste fra queste grandezze e la loro evoluzione conseguente ad una perturbazione esterna. Quindi, mentre ad esempio la dinamica di un corpo rigido si occupa di determinare l'energia cinetica totale di un sistema, la sua energia potenziale, come l'energia meccanica totale (che vale per la conservazione del moto del centro di massa e del moto di rotazione globale attorno al centro di massa) senza prestare attenzione al moto interno al corpo rigido... la termodinamica si concentra nello scrivere l'insieme di queste grandezze. Per riempiendo a notare a livello microscopico il moto dei singoli atomi costituenti, rileva comunque e sono quelle che possiamo definire l'energia interna del sistema.

Descrizione di un sistema fisico

Il fatto che la descrizione di un sistema fisico mediante le leggi della meccanica sia inadeguata a descrivere "lo stato interno" di un sistema, viene da un semplice esempio.

Esercizio 12.1

Un proiettile di piombo, con velocità v₀ = 200 m/s penetra in un blocco di legno e si ferma. Si osserva che la temperatura del proiettile è aumentata di una certa quantità ΔT. Quanto vale ΔT? La soluzione di questo problema prevede una relazione tra l'energia meccanica del proiettile, che viene persa (dissipata) completamente nel calore, e la variazione di temperatura.

Temperatura

Ma che cos'è la temperatura? Da un punto di vista microscopico la temperatura è l'energia media dei singoli costituenti del sistema, osservi fondamentale (Costante di Boltzmann). Gli atomi e le molecole di uno qualsiasi sistema, sia esso gas, liquido o solido, hanno sempre una certa energia cinetica. A meno che il sistema non sia alla cosiddetta temperatura dello zero assoluto!

Da un punto di vista macroscopico, la temperatura è quello determinato quando stato de definisce se un sistema è in equilibrio termico. In particolare se due sistemi in equilibrio termico a due temperature diverse T₁ e T₂ sono messi in contatto termico (ossia vengono collegati fra di loro con ponti conduttivi termici) allora i due sistemi raggiungono un altro equilibrio termico, con una nuova temperatura T₃ che è intermedia fra le due.

In questo cambiamento dello stato dei due sistemi termodinamici, osserviamo:

• Il passaggio da un equilibrio termico ad un altro, ossia come trasformazione termodinamica
• Il passaggio è quello da forma di energia tra corpi all'altro di equilibrio (energia media dei componenti microscopica).

La quantità di energia scambiata tra i due corpi prende il nome di calore!

Calore, lavoro ed energia interna

A questo punto possiamo domandarci se esistono quelle forme di energia che lasciano lo stato interno di un sistema. A questo proposito consideriamo gli esempi di esperimento:

1. Un mulinello in rotazione di un liquido con palette adeguate.
2. Una resistenza immersa nell'interno liquido in cui viene fatta passare una certa corrente.
3. Una certa quantità di gas da venire compresso, immerso nello stesso contenitore pieno d'acqua.
4. Due corpi solidi che compongono una frizione.

In ciascuno di questi esempi è possibile mostrare che del lavoro meccanico o elettrico viene compiuto. Joule osservò che in ciascuno dei casi la temperatura del sistema aumentava e collegò a questa variazione il trasformato del lavoro dissipativo in energia interna del sistema stesso. Quindi definì l'energia interna, come quella funzione di stato la cui variazione era eguale al lavoro compiuto dal sistema con l'ambiente circostante: -ΔU = L_iniziale - L_finale = V_assorbito. Quindi il lavoro meccanico poteva essere trasformato in varietà varie di energia interne del sistema ovvio in un.