Termodinamica

Termodinamica

La termodinamica è lo studio della trasformazione dell’energia da una forma all’altra. La prima legge della termodinamica si occupa di conservare traccia dei cambiamenti di energia e ci permette di calcolare, per esempio, quanto calore produce una reazione. Due concetti fondamentali della termodinamica sono il calore e il lavoro che vennero messi in relazione tra loro dal fisico inglese Joule, che dimostrò questa corrispondenza tra queste due grandezze, affermando che essi sono semplicemente due modi in cui l’energia può essere trasferita.

Sistema e ambiente

Per poter tener conto delle trasformazioni termodinamiche si suddivide il mondo in due porzioni:

• La regione che ci interessa esaminare è chiamata sistema.
• Tutto ciò che circonda il nostro sistema è chiamato ambiente.

Nel loro insieme, sistema e ambiente costituiscono l’universo. Un sistema può essere:

• Aperto: è in grado di scambiare con l’ambiente sia materia che energia.
• Chiuso: è in grado di scambiare energia con l’ambiente ma non la materia.
• Isolato: non ha alcun contatto con l’ambiente quindi non è in grado di scambiare materia ed energia.

La grandezza che sta a fondamento della termodinamica è il lavoro, ossia il moto effettuato contro una forza opponente. Si può riconoscere la capacità di un sistema di effettuare lavoro osservando se, in linea di principio, se ne può trarre il sollevamento di un peso nel suo ambiente. Il lavoro necessario per muovere un oggetto di una certa distanza contro una forza resistente si calcola moltiplicando la forza per lo spostamento. L = F x s, l’unità di misura è il Joule. L’energia è la capacità di un sistema di compiere lavoro; se un dato sistema è capace di compiere un lavoro allora si dice che ha molta energia.

Funzioni di stato

Per descrivere i cambiamenti termodinamici si utilizzano le funzioni di stato: una funzione di stato è una variabile che allo stato di equilibrio del sistema risulta definita indipendentemente da come lo stato finale di equilibrio sia stato raggiunto.

Energia interna

Nell’ambito della termodinamica, le risorse totali di energia di un sistema prendono il nome di energia interna, E. Non essendo in grado di misurare il valore assoluto dell’energia interna di un sistema, ciò che possiamo fare è misurare le variazioni di questa energia. ΔE = E_finale - E_iniziale. Quando effettuiamo lavoro sul sistema, la sua energia interna ne risulta aumentata, come quando la compressione di un gas dentro un cilindro accresce l’energia interna del sistema effettuando un lavoro su di esso, facendo assumere al lavoro w un valore maggiore.