Fisica tecnica

1) Proprietà del gas reale a comportamento ideale

Il calcolo delle proprietà dei gas nella zona di vapore saturo è agevolato

dall’uso di tabelle, ma disporre di un’equazione analitica consente maggiore

precisione e l’uso del calcolo automatico. L’equazione di stato dei gas ideali (pv

= RT), basata sull’assenza di masse molecolari e forze intermolecolari, è un

modello astratto, ma utile come riferimento nei limiti di bassa pressione e alta

temperatura, dove i gas reali tendono a comportarsi idealmente.

Per valutare quanto un gas reale si discosta dal comportamento ideale si

utilizza il fattore di comprimibilità Z=pv/RT . Quando Z=1, il comportamento

del gas reale coincide con quello ideale. Ad esempio, per l’azoto, a 300 K

l’equazione dei gas ideali è valida fino a circa 10 MPa. A pressioni elevate

(p>30 MPa), le forze repulsive aumentano Z, mentre a basse temperature

prevalgono le forze attrattive, facendo diminuire Z sotto 1.

Per generalizzare questa valutazione, si introducono le grandezze ridotte:

Temperatura ridotta: TR=T/Tc

 Pressione ridotta: pR=p/pc



Il comportamento ideale è accettabile con errore inferiore all’1% nelle seguenti

condizioni:

TR<1, pR<0,01



TR>1, pR<0,1

TR>2, anche con pR≈1



Queste condizioni, illustrate in apposite figure, indicano le zone dove è lecito

usare il modello dei gas ideali. Tuttavia, in prossimità delle frontiere tra

comportamento ideale e reale, è necessario verificare l’errore per decidere se il

modello ideale sia accettabile.

2) Verso spontaneo di una trasformazione

Il Secondo Principio della Termodinamica stabilisce il verso spontaneo

delle trasformazioni:

il calore fluisce sempre dal corpo più caldo a quello più freddo, mai il

contrario.

Per analizzare questi scambi si introducono due modelli ideali:

SET (Serbatoio di Energia Termica): può fornire o assorbire calore

 mantenendo temperatura costante e senza generare entropia.

SEM (Serbatoio di Energia Meccanica): può fornire o assorbire lavoro

 senza scambi di calore e senza generare entropia.

Se due SET a temperature diverse (TA > TB) scambiano calore, l’entropia totale

del sistema isolato aumenta:

ΔSSI=Q(1/TB−1/TA)>0

Questo indica un processo irreversibile, causato dalla differenza finita di

temperatura.

Se il calore fluirebbe invece dal freddo al caldo, si avrebbe ΔSSI<0, violando

il 2° principio: processo impossibile.

Più grande è la differenza di temperatura, maggiore è l’irreversibilità del

processo.

Questo conc