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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 Il primo principio.

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Presentazione sul tema: "Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 Il primo principio."— Transcript della presentazione:

1 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 Il primo principio

2 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine2 Calore e lavoro Possiamo dare/prendere energia ad un sistema o in forma microscopica interagendo con le molecole direttamente fornendo/prelevando calore o in forma macroscopica facendo/prelevando lavoro Useremo una convenzione importante

3 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine3 Calore e lavoro sistema

4 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine4 Il primo principio Il primo principio è lestensione del principio di conservazione dellenergia meccanica diretta conseguenza dellequivalenza calore-lavoro Riprendiamo lo schema degli scambi energetici sistema

5 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine5 Il primo principio Chiameremo U lenergia interna al sistema nel caso di un gas ideale: lenergia cinetica di tutte le molecole La conservazione dellenergia ci dice che |

6 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine6 Energia interna di un gas Supponiamo di avere un gas a volume costante quindi Se l è il numero di gradi di libertà di una molecola In totale

7 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine7 Calori specifici di un gas Lenergia cinetica totale (quindi lenergia interna) vale La quantità viene detta calore molare e dipende solo dai gradi di libertà di una molecola Lenergia interna dipende dai gradi di libertà di una molecola dalla sola temperatura

8 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine8 Calori specifici di un gas Se forniamo la quantità di calore- energia dQ, vediamo un innalzamento di temperatura

9 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine9 Il primo principio rivisitato Per un gas perfetto possiamo scrivere il primo principio della termodinamica come | |

10 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine10 Le trasformazioni Reversibilità ed irreversibilità

11 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine11 Trasformazioni reversibili Una trasformazione nella quale i parametri di stato siano definiti viene chiamata reversibile In una trasformazione reversibile il gas passa per stati termodinamici è possibile ripercorrere la trasformazione allindietro variando di un infinitesimo un parametro di stato

12 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine12 Processi Reversibili Un Processo reversibile è un processo che può essere invertito con un cambiamento infinitesimo di una variabile. Il Sistema è, istante per istante, in equilibrio con lambiente. È una idealizzazione. Non esiste in realta. È necessario introdurre il concetto astratto diprocesso reversibile perché la Termodinamica Classica dellEquilibrio, non utilizza la variabile tempo.

13 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine13 Processi Reversibili Non vi sono Forze Dissipative Non vi e frizione Non vi sono forze non bilanciate (processo quasi-statico) Non vi sono processi chimici o trasferimenti macroscopici di calore Richiedono un tempo Infinito SONO ASTRAZIONI TEORICHE I processi reversibili generano il lavoro massimo

14 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine14 Trasformazioni irreversibili Una trasformazione nella quale i parametri di stato non siano definiti viene chiamata irreversibile ad esempio lespansione libera In una trasformazione irreversibile il gas non passa per stati termodinamici è praticamente impossibile ripercorrere la trasformazione allindietro

15 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine15 Processi Irreversibili Sono presenti forze dissipative o forze non bilanciate (espansione libera, ad esempio) Vi e un trasferimento di calore tra corpi con una differenza finita di temperatura Irreversibilita chimica Richiede un tempo finito TUTTI I PROCESSI SPONTANEI SONO IRREVERSIBILI!!

16 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine16 Il piano di Clapeyron Inglese

17 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine17 Il piano di Clapeyron Uno stato termodinamico si rappresenterà con un punto nel piano PV

18 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine18 Il piano di Clapeyron Una linea continua nel piano di Clapeyron rappresenta una successione di stati termodinamici una trasformazione reversibile

19 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine19 Il piano di Clapeyron Ed una trasformazione irreversibile? Non si può rappresentare sul piano!

20 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine20 Il piano di Clapeyron In generale la termodinamica che siamo capaci di studiare è quella dei processi reversibili La termodinamica dei processi irreversibili è molto ardua Tutto ciò che ci circonda è basato su processi irreversibili di non-equilibrio

21 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine21 Il calcolo del lavoro per processi reversibili!

22 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine22 Calcolo del lavoro Basta applicare la definizione A B

23 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine23 Calcolo del lavoro Il lavoro si calcola come significato geometrico: larea sotto la linea rappresentativa della trasformazione reversibile

24 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine24 Calcolo del lavoro Quindi il lavoro dipende da A da B dalla forma della trasformazione Il lavoro non è una funzione di stato

25 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine25 Calcolo del lavoro In generale in una trasformazione ciclica... si parte da uno stato e ci si ritorna...il lavoro è uguale allarea del ciclo positivo se è fatto sul sistema negativo se fatto dal sistema

26 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine26 Lavoro per processi diversi Il lavoro compiuto dipende dal cammino percorso (cioe, dal tipo di processo) Calcoliamo ora il lavoro eseguito per alcuni processi semplici Espansione libera nel vuoto Espansione a pressione costante (processo isobaro) Processo isocoro Espansione isoterma reversibile di un Gas ideale

27 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine27 Lespansione libera

28 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine28 Espansione nel Vuoto Consideriamo un gas che si espande nel vuoto. Nel vuoto p ex = 0 w = 0 Nel vuoto p ex = 0 w = 0 Il Gas NON compie lavoro espandendosi nel vuoto

29 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine29 Espansione a Pressione = cost Consideriamo ora un sistema che si espande contro una pressione che rimane costante (ad esempio la pressione atmosferica)

30 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine30 Energia interna di un gas ed esperienza di Joule Lesperimento dellespansione libera di un gas Avviene senza lavoro esterno non viene dato né tolto calore quindi

31 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine31 Energia interna di un gas ed esperienza di Joule Dallo stato iniziale allo stato finale variano pressione del gas volume del gas Le misure dicono che non varia la temperatura Quindi U non può essere funzione di P e di V, ma solo di T …infatti...

32 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine32 Energia interna di un gas ed esperienza di Joule Lenergia interna dipende solo dai parametri di stato anzi solo da uno di questi! Non dipende da come si arriva allo stato La diremo dunque una funzione di stato

33 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine33 Il calcolo dellenergia interna ricordiamoci che si tratta di una funzione di stato!

34 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine34 Il calcolo dellenergia interna La variazione di energia interna si calcola come La variazione di energia interna non dipende dalla forma della trasformazione che porta da A a B

35 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine35 Il calcolo del calore in una trasformazione …sempre reversibile!

36 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine36 Calore, lavoro, energia interna Se in una trasformazione viene scambiato calore il calcolo può procedere solo con luso del I principio della termodinamica salvo che a volume costante od a pressione costante - -


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