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Lavoro Lavoro = Trasferimento di energia attraverso il moto ordinato delle componenti del sistema. Calore Calore = Trasferimento di energia attraverso.

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Presentazione sul tema: "Lavoro Lavoro = Trasferimento di energia attraverso il moto ordinato delle componenti del sistema. Calore Calore = Trasferimento di energia attraverso."— Transcript della presentazione:

1 Lavoro Lavoro = Trasferimento di energia attraverso il moto ordinato delle componenti del sistema. Calore Calore = Trasferimento di energia attraverso il moto caotico delle particelle (agitazione termica). Energia Interna Energia Interna = una misura dellenergia totale del sistema. Dal punto di vista energetico calore e lavoro sono modi equivalenti di trasferire energia. Equivalenza meccanica del calore (Mayer-Joule) 1 cal = J

2 Lavoro = forza * spostamento Lavoro infinitesimo Spostamento infinitesimo Lavoro di espansione: w = - p ext dV Lavoro elettrico: w = dq = potenziale elettrico carica elementare

3 w > 0 LAVORO FATTO SUL SISTEMA w < 0 LAVORO FATTO DAL SISTEMA AMBIENTE SISTEMA w >0 w < 0

4 dl p ext p int Area, A p int > p ext : ESPANSIONE dV > 0 w < 0 il lavoro è fatto dal gas p int < p ext : COMPRESSIONE dV 0 il lavoro è fatto dallambiente

5 Espansione contro il vuoto p ext = 0 w = 0 vuoto

6 Espansione contro una pressione esterna costante Ex. reazione condotta a pressione atmosferica con sviluppo di specie in fase gassosa (NH 2 ) 2 CO(s) + 3/2 O 2 (g)CO 2 (g)+H 2 O(l) +N 2 (g)

7 Ex. Lavoro associato allespirazione V=0.5 l (5.0·10 -4 m 3 ) p ext =1 atm (101 kPa)

8 irreversibilmente p int > p ext : Il gas si espande irreversibilmente finchè p int = p ext irreversibile p int < p ext : Il gas subisce una compressione irreversibile finchè p int = p ext Allequilibrio: p int = p ext In realtà la pressione interna del gas è una grandezza definita solamente allequilibrio. E una grandezza operativa che per essere misurata deve essere in equilibrio con uno strumento esterno. E una grandezza intensiva che deve essere la stessa e omogenea in tutte le parti del sistema.

9 Solo per processi reversibili è possibile porre in ogni momento della trasformazione p ext = p int. Poiché in ogni momento della trasformazione reversibile pressione esterna e pressione interna coincidono, il lavoro condotto in condizioni di reversibilità è anche il massimo lavoro che può essere compiuto dal sistema. Processi reversibili Processi reversibili: sono processi ideali che procedono attraverso infiniti stati di equilibrio.

10 Espansione isoterma reversibile di un gas ideale reversibilità: p ext = p int gas ideale isoterma Notare: V f >V i (espansione) w 0

11 Ex. Gas ideale n=1 V i =10l V f =20l T=298K a.Espansione reversibile isoterma w = -nRT ln(V f /V i ) = ln(20/10)= -1.72kJ b. Espansione irreversibile contro una pressione costante, p ext =1 atm. w =-p ext (V f- V i )= -1 (20-10) = -10 atm l = kJ pipi pfpf V i V f a. pipi pfpf V i V f b.

12 Due conclusioni importanti: 1.Il lavoro reversibile è sempre maggiore del lavoro irreversibile. Anzi il lavoro reversibile rappresenta il massimo lavoro che può essere compiuto dal sistema. w rev = w max 2. Il lavoro è stato compiuto in due modi diversi tra gli stessi stati iniziali e finali, dando un risultato diverso. Quindi, il suo valore dipende dal modo in cui viene eseguita la trasformazione. In particolare, in una trasformazione ciclica il lavoro non è nullo. p V i V f A B w(AB) w(BA) w(ABA) 0 Il lavoro coincide con larea sottesa dalla curva

13 q = n C m dT C m, Capacità termica molare = calore necessario a far aumentare di 1 grado la temperatura di una mole di sostanza AMBIENTE SISTEMA q >0 q < 0 q > 0 q > 0: calore assorbito dal sistema (trasformazioni endotermiche) q < 0 q < 0: calore ceduto dal sistema (trasformazioni esotermiche)

14 Lambiente è un sistema a capacità termica infinita: la sua Temperatura rimane costante qualsiasi sia la quantità di calore scambiato: T amb = costante ΔT=0 C =q/ΔT = Esistono due modi di scambiare calore: 1. A volume costante: q = n C v,m dT Per piccoli intervalli di temperatura si può considerare la capacità termica indipendente dalla temperatura, ottenendo in maniera approssimata: Capacità termica molare a volume costante

15 Capacità termica molare a pressione costante 2. A pressione costante: q = n C p,m dT Per piccoli intervalli di temperatura si può considerare la capacità termica indipendente dalla temperatura, ottenendo in maniera approssimata: Sperimentalmente si trova: C p,m C v,m e quindi: q v q p Come il lavoro, anche il calore dipende dal particolare modo di fare avvenire una trasformazione (è una funzione di percorso).

16 adiabatiche Trasformazioni adiabatiche: q = 0 Riassumendo : LAVORO = trasferimento di energia come risultato di forze non bilanciate tra sistema ed ambiente. EQUILIBRIO MECCANICO CALORE = trasferimento di energia causato da una differenza di temperatura tra sistema ed ambiente. EQUILIBRIO TERMICO Dal punto di vista energetico calore e lavoro sono modi equivalenti di trasferire energia. Equivalenza meccanica del calore (Mayer-Joule) 1 cal = J

17 Lenergia interna di un sistema isolato è costante. Per un sistema isolato: U = 0 Per un sistema chiuso: U = q + w Per una trasformazione infinitesima: dU = q + w funzione di stato funzioni di percorso

18 Lenergia interna è una funzione di stato: la sua variazione dipende solo dagli stati iniziale e finale e non dal particolare percorso compiuto dalla trasformazione termodinamica. Per una trasformazione ciclica: A B 1 2 La variazione di ogni funzione di stato per una trasformazione ciclica è uguale a zero.

19 Lenergia interna di un gas ideale dipende solo dalla temperatura, quindi lequazione ottenuta vale anche per trasformazioni in cui varia il volume! Per piccoli intervalli di temperatura si può approssimare: A volume costante: w=0 ΔU = q v

20 Per processi adiabatici: q=0 ΔU = w Per processi adiabatici irreversibili: Nel caso di lavoro contro una pressione costante:


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