Riassunto esame Termodinamica, prof. Lascialfari, libro consigliato Fisica, Termodinamica, Mencuccini, Silvestrini

CAPITOLO 1: CALORE e TEMPERATURA

TERMODINAMICA: (scienza...) di scambiamento e la loro relazione con fenomeni meccanici.

TEMPERATURA: grandezza fisica che esprime lo stato termico di un corpo

1. a) alla base della sensazione tattile: si crea una scala per stati termici: da freddo a caldo.
2. b) DILATAZIONE TERMICA: subisce azioni termica, cambiando dimensioni geometriche diverse.
3. c) PRINCIPIO ZERO: 2 corpi in stati termici diversi a posti in contatto, dopo un certo tempo.
4. d) raggiungono lo stesso stato termico: EQUILIBRIO.
5. di qualsiasi descrizione si desidera prendere i dati termici.
6. di stati termici diversi: copiarli.
7. e) definisce una SCALA TERMOMETRICA prendo a 0° quando il termometro si ha contatto con acqua liquida e ghiaccio alla pressione di 1 atm e a 100° quando l'acqua è bollente, si divide.

• la scala in uso oggi: SCALA CELSIUS (°C)
• SCALA FAHRENHEIT: t_f = 32 + ⁹/₅ t_c
• SCALA KELVIN: t_k = 273,15 + t_c

• SISTEMI TERMODINAMICI: ...enorme... macrosc.. descrti attraverso PARAMETRI di STATO (V, p, ρ, T...)

costituito da un numero grande di costituenti microscopici.

CHIUSO: non scambia materia con l’ambiente ma scambia energia con della “specialtà”.

ISOLATO: non scambia né energia né materia con l’ambiente.

• STATI di EQUILIBRIO: un sistema termodinamico è chiuso, è in equilibrio termodinamico quando c'è equilibrio:

1. 1) MECCANICO 2) TERMICO, 3) CHIMICO
2. STAZIONARIO: se il valore dei parametri di stato è costante nel tempo
3. descritti da un numero limitato di parametri di stato

• CALORE: due corpi A e B a temperature diverse t_a e t_b vengono posti in contatto termico: raggiunge un'equilibrio scambiando calore Q.

1 caloria: quantità di calore necessaria a 1g acqua per portare da 14,5°C a 15,5°C

JOULE: 1 cal = 4,1855 J

POSITIVO: re assorbito, NEGATIVO: re ceduto.

• TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE: quando un sistema termodinamica cambia stato.

FRA STATI: EQUILIBRIO: il sistema non può essere descritto, gli stati iniziale e finale sono detti di equilibrio, e che accede disturba la trasformazione per importata.

CICLICHE:

B e' nota iniziale e finale con dati di...

QUASI STATICHE:

il sistema passa per attraverso stati di equilibrio o con idea, non real...

Lente trasformazioni:

• Reversibile: e' possibile eseguire una trasformazione che riporti il sistema allo stato iniziale conservando le varie quantità di calore e energie scambiate nella trasformazione di stati
• Irreversibile: non esistono infinitesimi stati di equilibrio o vi abbiamo effetti dissipativi.
• Spontanee: da minimi l'inv. di energia libera, poiche' il sistema... isotermi o adiabatici ...

VARIABILI DI STATO

• Intensive: condensano proprietà locali del sistema (p, T, ρ ...)
• Estensive: quantità additive (m, V, E ...)

LAVORO:

se un sistema cambia di suo volume e le forze applicate dalla superficie di confine esprimono un lavoro meccanico: δL = PdV o lavoro ...quasistatica (Pindeterminata)

Se il sistema non in stato di equilibrio: La pressione non e' definita... si considera la pressione dovuta alle forze esterne. δL = Post dV

DILATAZIONE TERMICA:

V(t) = V(t ) [1 + β(t - t ) + γ(t - t ) ] si sviluppa in serie intono a t

Per Δt ... se centimetri di gas: V(t) = V(t ) (1 + β Δt)... P costante

Se ci sono anche varianti di P : dV = V β (...)

• l(t)= l(t ) (1 + α Δt) con α: coefficiente di dilatazione lineare - β ≈ 3 α

INTEGRAZIONI DI CAPITOLO 1:

DEFINIZIONE DI TEMPERATURA E TERMOMETRI:

• per poter effettuare una definizione operativa di temperatura. ...deve esistere una grandezza X che caratterizza un fenomeno fisico e che varia con la temperatura. X
• ... la caratteristica termometrica θ(X) e la funzione termometrica. Deve inoltre essere:
• un sistema, una stato di equilibrio meccanico fra probabilità...
• definizione del punto fisso (X ) di punto triplo dell’acqua e le date ... sono in un blocco ghiaccio.

Al di sotto della temperatura critica Tc^* =

- - - p = V

V = mRT

Explorazioni di Van Der Waals: - - -

Delle molecole = con una delle molecole

- - - condizioni : mesostatiche

L

U(V,T) = cv

Δu = Δt ^α ∫ P.d - - -

Per un'adiabatica : dQ = 0

- - - constantante

SISTEMA GENERICO DESCRITTO DAI PARAMETRI P, V, T:

: f(P, V, T) = costante o funzione di stato

- Primo principio dQ = - primo principio di

* prima di - dPdQ dt- (

∂U/∂T)^v dV.

+ R(T, v ) dV

se consideriamo una trasformazione q, s. a volume costante -

AGITAZIONE TERMICA: Le molecole in una cella spaziale di materiale di medio a q.g

Poiché all'interno

L'energia -

∫m(v) dV rappresenta

il - - - compreso tra v + dv e dN = f(m v, v)

M di energia -

Aumentano della - di molecole in velocità più eletto E_cam =

1

12(K 1

5

- - - -

TRANSIZIONI DI FASE: - Formula di P

- - -

CHIARAZIONE: - le molecole nel liquido di -

- - - -

calore latente di -

Se di V

All'interno dell'equilibrio statico

λ_v =

Rendimento

M =

|Q₂| - calore assorbito dalla sorgente calda

• 1 - |Q₂| / |Q₁| = 1 - |Q₂| / |Q_c| ; 0 < M < 1

A-B: Espansione isoterma: Q_c = L_ab = nRT_c ln V_b V_a > 0

C-D: Compressione isoterma: Q_c = L_cd = mRT_p ln V_d V_c < 0

D-A: Compressione adiabatica: V_aT_c^{\a - 1} = V_dT_p^{\a - 1}

B-C: Espansione adiabatica: V_1cT_c^{\a - 1} = V_cT_p^{\a - 1}

• |Q₂| / |Q_c| = T_p / T_c
• M = 1 - T_p / T_c

Macchina frigorifera

Ciclo di Carnot inverso o le energie scambiate cambiano segno

• |Q_c| = |Q₂| + |L| ; M¹ = |Q₂| / |Q₂| + |L| = T_p / (T_c - T_p) ; 0 < M¹ < + \a

Teorema di Carnot

Date 2 sorgenti a temperatura T_c e T_p una macchina termica (ⁿ dilat

• M = 1 - |Q₂| / |Q₁| < < 1 - T_p / T_c

Per una macchina frigorifera:

• M¹ = |Q₂| / |Q₂| + |Q_c| <

Termodinamica di clausius

• ^no
• |Q_c| < 0

C =

Entropia

≡ S(B) - S(A)

Siano G_L e G_V le entalpie libere molari delle 2 fasi; essendo G una funzione additiva:

G = m_LG_L + m_VG_V = m(ρG_V + m(1 - ρ)G_L)

Derivando rispetto a ρ otteniamo la condizione di equilibrio: G_V = G_L , o splicitando la in funzione di P e T permette di ricavare la "pressione di equilibrio" P_E(T) , è rappresentata nel "diagramma delle fasi".

Il "punto triplo" nel diagramma indica lo stato per cui coesistono le 3 fasi; e si ottiene risolvendo: G_L = G_S = G_V

d G_V(T,P) = G_L(T,P) = dG_V = dG_L = V_VdP - Ṡ_VdT = V_LdP - S_LdT

dP/dT = (S_V - S_L) / (V_V - V_L)

L_D dR/dT = λev / T(V_V - V_L)

Differenziali totali delle principali grandezze termodinamiche espressi in termini delle variabili «naturali»

• Energia interna (U)         du   =   T dS - P dV
• Entalpia (H)                 dh   =   T dS + V dP
• Energia di Helmholtz (F) df = - SdT - PdV
• Energia di Gibbs             (G)              dG   = - SdT + VdP

Tavola delle più importanti equazioni di Maxwell

a) Energia Interna                                 b) Energia Libera di Helmholtz

c) Entalpia                                    d) Energia Libera di Gibbs

μ = ∂U/∂n

"potenziale chimico"