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IL 1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E SUE APPLICAZIONI Liceo Scientifico Gaspare Aselli A.S. 2006/2007 Classe IV E Gruppo 1: Cortellini Livio, Denti Marco,

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1 IL 1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E SUE APPLICAZIONI Liceo Scientifico Gaspare Aselli A.S. 2006/2007 Classe IV E Gruppo 1: Cortellini Livio, Denti Marco, Forcella Barbara, Mondini Mikela

2 Il Primo principio della termodinamica Enunciato e sua spiegazione Esperimento di Joule Applicazioni: le trasformazioni termodinamiche Trasformazione isocora Trasformazione isobara Trasformazione isoterma Trasformazione adiabatica Bibliografia e sitografia

3 IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Lenergia acquistata dal sistema (ovvero quella interna acquistata dal gas e quella gravitazionale acquistata dal corpo e dallo stantuffo) coincide con quella fornita al gas

4 Et= U+ Eg dove: Et è lenergia termica fornita al gas U è lenergia interna acquistata dal gas Eg è lenergia gravitazionale acquistata dal corpo e dallo stantuffo

5 In breve: al sistema viene fornita una quantità di calore Q e viene emesso un determinato lavoro L. U

6 Q=L+(U2-U1)=L+U Q ed L sono quantità positive se rappresentano rispettivamente il calore fornito al sistema e il lavoro prodotto. Se invece al sistema viene fornito lavoro e sviluppa calore, lequazione non cambia, ma Q ed L assumono valore negativo.

7 Q=L+U traduce il primo principio della termodinamica.

8 Esperimento di Joule permette di stabilire l'equivalenza fra lavoro e calore in termini fisici; permette di stabilire l'equivalenza fra lavoro e calore in termini di unità di misura. MA SOPRATTUTTO… consente di mostrare che calore e lavoro hanno ununica anima: il movimento.

9 Dispositivo sperimentale Viene fatta cadere la massa mettendo così in moto il sistema di pale; Lacqua si riscalda Si potrebbe ottenere lo stesso effetto prodotto dal lavoro fornendo calore

10 TRASFORMAZIONE ISOCORA il volume del gas non varia Il gas non può espandersi, allora non può compiere alcun lavoro L contro l'esterno; Il calore Q fornito viene utilizzato per aumentare l'energia interna U e per aumentare di T la temperatura del gas.

11 Q=L+U=0+U=U Q=CmT Q=U=C V mT dove C V indica il calore specifico associato ad un riscaldamento che avviene a volume costante. Se non utilizziamo il calore specifico riferito allunità di massa del gas, ma quello riferito allunità di mole del gas (calore specifico molare a volume costante) la formula diventa: U=Cm V nT Con Cm V che indica il calore specifico molare a volume costante e n il numero di moli del gas.

12 Nel piano PV lisocora è rappresentata da una retta verticale.

13 TRASFORMAZIONE ISOBARA La pressione del gas non varia Inizialmente la pressione P è identica a quella dell'ambiente esterno Il sistema riceve calore in modo che la sua pressione rimanga invariata.

14 La formula del calore fornito è Q= C mP nT Poiché il rifornimento di calore tende ad aumentare la temperatura del gas la trasformazione sarà accompagnata da una variazione di volume V. Quindi il lavoro prodotto è L=PΔV L=PΔV=nRT Laumento dellenergia interna è U=C mV nT C mP nT= nRT+ C mV nT Dalla quale si ha la relazione di Mayer C mP =R+C mV

15 Nel piano PV lisobara è rappresentata da una retta orizzontale.

16 TRASFORMAZIONE ISOTERMA Poiché la temperatura resta costante (T=0), dallassociazione energia interna-temperatura, si ha U=0 Si avrà una espansione del volume del gas con diminuzione della pressione. La temperatura del gas non varia

17 Il lavoro si calcolerà L = n R T ln (V 2 / V 1 ) nella quale n= numero di moli di cui è costituito il gas; T= temperatura assoluta in corrispondenza della quale avviene lisoterma; V 1 = volume iniziale del gas; V 2 = volume finale del gas. Q= n R T ln (V 2 / V 1 ) Poiché U=0, Q=L

18 Nel piano PV lisoterma è rappresentata da uniperbole equilatera.

19 TRASFORMAZIONE ADIABATICA Togliendo uno dopo laltro i pesi il gas si espande; Il volume del gas aumenta e la sua pressione diminuisce non avvengono scambi di calore con l'ambiente esterno

20 PV γ = costante in cui: γ risulta sempre >1 in base alla relazione di Mayer dove C mP > C mV Per calcolare il lavoro dovuto ad un aumento di volume, essendo Q=0, si ha: L = -U U=C mV nT L = - C mV nT

21 Nel piano PV ladiabatica è rappresentata da una curva simile allisoterma, ma più verticale.

22 BIBLIOGRAFIA U. Amaldi, LAmaldi -introduzione alla fisica-, Zanichelli, Bologna, 2004 Alpha Test Teoritest 6 -TestUniversitari, teoria ed esercizi per le prove dammissione-, Alpha Test, Milano, 2005 M.E. Bergamaschini, P. Marazzini, L. Magazzini, Lindagine nel mondo fisico, Carlo Signorelli Editore, Milano, 2006 SITOGRAFIA OLTE/08_ _Biol.pdf ni_del_primo_principio.htm

23 Il gruppo 1 è stato lieto di offrirVi: Il primo principio della termodinamica e sue applicazioni Testi e layout: Forcella Barbara & Mondini Mikela Animazioni ed effetti speciali: Cortellini Livio & Denti Marco FINE


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