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Il secondo principio della Termodinamica A.S. 2011/12 Classe V A Liceo Classico Parzanese Ariano Irpino (AV) Entropia: il modo che ha l'universo di dirci.

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2 Il secondo principio della Termodinamica A.S. 2011/12 Classe V A Liceo Classico Parzanese Ariano Irpino (AV) Entropia: il modo che ha l'universo di dirci che siamo liberamente travolti dalla sua ironia.

3 Il I principio della termodinamica stabilisce il principio di conservazione dellenergia (le trasformazioni possibili non hanno limiti) Il II principio spiega perché certe trasformazioni avvengono in una sola direzione Introduzione Difficile osservare un uovo ricomporsi dopo che si è rotto tutti i processi che avvengono in natura procedono in un solo senso. Mai, di loro spontanea volontà, procedono in senso inverso.

4 Esempio 1: Lasciamo cadere un sasso. Finisce per terra. Di sua iniziativa, non si è mai visto un sasso che si sollevi da terra per finirci in mano. Esempio 2: Se dimenticate il caffè sul tavolo, si raffredda. Da solo, non si è mai visto un caffè che si scaldi. Esempio 3: Immettiamo una goccia dinchiostro in una scodella dacqua. Dopo un po linchiostro si ritrova distribuito uniformemente in tutta la scodella. Mai viste delle molecole dinchiostro che, spontaneamente, si radunino a formare una sferetta dinchiostro nellacqua! Esempi

5 … in pratica Espansione libera di un gas Cassa che scivola su una superficie con attrito Si tratta di processi irreversibili (avvengono spontaneamente in una sola direzione)

6 Non si torna indietro… Definiamo questi processi a senso unico come irreversibili, un termine che significa: una volta avviato un processo(irreversibile), esso continua a procedere. Più precisamente, si vuol dire che è impossibile, con piccole modifiche dellambiente in cui si svolge, far sì che il processo cambi verso. Sostanzialmente, tutti i processi che avvengono in natura sono irreversibili.

7 Entropia Non è lenergia del sistema che controlla il senso dei processi irreversibili; è unaltra proprietà : lentropia (simbolo S) del sistema. Principio di entropia: quando in un sistema chiuso avviene un processo irreversibile, lentropia del sistema aumenta sempre; non diminuisce mai. Lentropia si differenzia dallenergia anche perché non obbedisce ad alcun principio di conservazione. Qualunque sia la variazione che avviene allinterno di un sistema, la sua energia rimane costante, mentre la sua entropia aumenta inesorabilmente non appena vi si svolgano processi irreversibili.

8 Come possiamo esprimere lentropia in termini macroscopici? Le molecole di un sistema ad alta T sono molto disordinate, sia nella loro posizione sia in termini degli stati energetici occupati (traslazionali, vibrazionali, rotazionali) Le molecole di un corpo a bassa T (ad esempio un solido) sono molto piu ordinate, sia nella posizione sia negli stati energetici permessi. Un sistema a bassa T ha meno stati energetici e posizioni permesse di un sistema ad alta T Entropia Macroscopica

9 Consideriamo ora leffetto di un trasferimento reversibile infinitesimo di calore ad un corpo. Dal punto di vista dellordine molecolare e della redistribuzione energetica interna, fornire una quantità dq rev al sistema ha un effetto maggiore se la temperatura è bassa. Se il sistema è già ad alte temperature, avrà già una grande redistribuzione interna dellenergia, e fornire dq rev al sistema ha meno effetto. Entropia Macroscopica

10 Entropia crescente Solido CristallinoLiquidoGas S > 0 S < 0 S(solido) < S(liquido) < S(Gas) S > 0 S < 0 S(T)

11 Entropia e Passaggi di Fase

12 Le macchine termiche

13 Una macchina termica opera tra due temperature diverse e trasforma parte del calore in lavoro. Il fluido interno compie un ciclo Macchine Termiche Serbatoio Caldo Serbatoio Freddo Fluido Isolante

14 Motore

15 Macchina termica

16 Il rendimento

17 Esempi

18 Il II principio (Kelvin- Plank)

19 In Sostanza…..

20 La macchina di Carnot

21 12 qHqHqHqH T H = costante 3 4 qLqLqLqL T L = costante V p Ciclo di Carnot 1-2 : Isoterma 2-3 : Adiabatica 3-4 : Isoterma 4-1 : Adiabatica Lavoro Estratto

22 La macchina di Carnot

23 Quattro Tempi 1 2: adiabatica lenta 2 3: isocora veloce 3 4: adiabatica lenta 4 1: isocora veloce Il Ciclo di Otto

24 Passo 1: Entra la miscela aria benzina dal carburatore Motore a ciclo di Otto

25 Passo 2: Compressione della miscela

26 Motore a ciclo di Otto Passo 3: Accensione ed espansione della miscela

27 Motore a ciclo di Otto Passo 4: Scarico dei Gas

28 La macchina frigorifera

29 Il COP

30 II principio delle Termodinamica (Clausius)

31 Torniamo allEntropia

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33 …ancora Entropia

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36 Calcolare il S quando Argon a 25 °C, 1 atm e 500 cm 3 viene espanso a 1000 cm 3 e 100 °C Esercizio V T S è una funzione di stato, quindi posso usare il cammino mi è più comodo. S è una funzione di stato, quindi posso usare il cammino mi è più comodo.

37 Soluzione Per il cammino prescelto, S = S 1 + S 2 (isoterma + isocora) S 1 : (500 cm 3, 25 °C), (1000 cm 3, 25 °C) S 2 : (1000 cm 3, 25 °C), (1000 cm 3, 100 °C) S 1 = nR ln(V f /V i ) V f = 1000 cm 3 V i = 500 cm 3 n = pV/RT = moli V T S 1 S 1 S 2 S 2 S 1 = JK -1 S 1 = JK -1

38 Soluzione S 2 = n C V,m ln(T f /T i ) T f = K T i = K n = moli C V,m = JK -1 mol -1 V T S 1 S 1 S 2 S 2 S 2 = JK -1 S 2 = JK -1 S = S 1 + S 2 = JK -1 S = S 1 + S 2 = JK -1


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