Chimica Fisica Universita’ degli Studi dell’Insubria Entropia

Presentazione sul tema: "Chimica Fisica Universita’ degli Studi dell’Insubria Entropia"— Transcript della presentazione:

1 Chimica Fisica Universita’ degli Studi dell’Insubria Entropia

2 Seconda Legge della Termodinamica
L’entropia di un sistema isolato durante un processo spontaneo aumenta © Dario Bressanini

3 In un processo spontaneo, l’Entropia dell’universo aumenta sempre
Entropia: Riassunto S e’ una funzione di stato! DStot = DSsis + DSamb Se DStot e’ positivo il processo e’ spontaneo Se DStot e’ negativo, il processo e’ spontaneo nella direzione opposta. In un processo spontaneo, l’Entropia dell’universo aumenta sempre © Dario Bressanini

4 Entropia per processi spontanei
Per processi spontanei DStot = DSsis + DSamb > 0 © Dario Bressanini 108

5 Processi Spontanei Un processo è spontaneo se l’entropia dell’Universo aumenta. DStot = DSsis + DSamb  0 É scomodo dover esplicitamente tener conto di quello che succede nell’Universo. Preferiremmo concentrarci solo sul sistema. Se lavoriamo a pressione costante è facile tener conto dei contributi entropici dell’ambiente. © Dario Bressanini

6 Introduciamo la funzione
Energia di Gibbs Introduciamo la funzione G = H – T S G = energia di Gibbs (un tempo ‘energia libera’) La variazione finita di G è G = H- (TS) A Temperatura e pressione costante G = H- TS © Dario Bressanini

7 Energia di Gibbs e Spontaneità
G < 0 - processo spontaneo G > 0 - processo non spontaneo (spontaneo nella direzione opposta) G = 0 - sistema in equilibrio © Dario Bressanini

8 Energia di Gibbs e Universo
Se p e T sono costanti DG < 0 DSuniverso > 0 © Dario Bressanini

9 Contributi al DG G = H - TS
Distinguiamo i due contributi alla variazione di energia di Gibbs Entropico (S) Entalpico (H) H S G Processo spontaneo per ogni T ? Processo spontaneo a basse T ? Processo spontaneo ad alte T Processo mai spontaneo per qualsiasi T © Dario Bressanini

10 Macchine Termiche e Ciclo di Carnot

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

12 Motore © Dario Bressanini

13 Ciclo di Carnot TH= costante qH qL TL= costante 1-2 : Isoterma
V p 1 2 1-2 : Isoterma qH TH= costante 2-3 : Adiabatica 3 3-4 : Isoterma 4 qL TL= costante 4-1 : Adiabatica Lavoro Estratto © Dario Bressanini

14 Ciclo di Carnot © Dario Bressanini

15 Ciclo di Carnot Efficienza: Lavoro Compiuto / Calore Assorbito = 1-TC/TH Nessun ciclo puo’ essere piu’ efficiente di un ciclo di Carnot senza violare la Seconda Legge Si puo’ tendere a Efficienza  1 se TC 0 Percorrendo un ciclo in senso antiorario otteniamo un frigorifero. © Dario Bressanini

16 Il Ciclo di Otto Quattro Tempi 12: adiabatica lenta
23: isocora veloce 34: adiabatica lenta 41: isocora veloce © Dario Bressanini

17 Motore a ciclo di Otto Passo 1: Entra la miscela aria benzina dal carburatore © Dario Bressanini

18 Motore a ciclo di Otto Passo 2: Compressione della miscela
© Dario Bressanini

19 Motore a ciclo di Otto Passo 3: Accensione ed espansione della miscela
© Dario Bressanini

20 Motore a ciclo di Otto Passo 4: Scarico dei Gas © Dario Bressanini

21 Ciclo di Stirling © Dario Bressanini

22 Lavoro ed Energia di Gibbs
L’Energia di Gibbs rappresenta il massimo lavoro non di espansione ottenbile da un processo © Dario Bressanini

23 Lavoro ed Energia di Gibbs
© Dario Bressanini

24 Variazione di Energia di Gibbs
G =  H T  S oppure H =  G T  S Lavoro utilizzabile Energia Dispersa Energia Disponibile Benzina Energia Interna Legami Chimici Calore disperso nell’ambiente, che aumenta l’entropia dell’univrso Ruote che girano, batteria che si carica, luci… © Dario Bressanini

25 Efficienza L’efficienza e’ il rapporto tra il lavoro estratto e l’energia fornita. Apparecchio efficienza Batterie a secco 90% Caldaia domestica 65% Razzo a combustibile liquido 50% Motore di automobile < 30% Lampada a fluorescenza 20% Cella solare ~10 % Lampada ad incandescenza 5 % © Dario Bressanini

26 DG indicatore di efficienza
Per un processo non spontaneo, DG fornisce informazioni sulla minima quantita’ di lavoro necessaria per far avvenire il processo Non e’ raggiungibile il 100% di efficienza © Dario Bressanini

27 Crisi Energetica? Se l’energia totale si conserva, perche’ abbiamo un “problema energetico” ? Tutta (o quasi) l’energia che usiamo arriva da un’unica fonte: il Sole Idrodinamica Eolica Combustibili fossili … Il problema e’ la degradazione delle forme di energia. A mano a mano che trasformiamo l’energia, diminuiamo la parte utile. Stiamo rapidamente consumando l’energia immagazzinata nei combustibili fossili. © Dario Bressanini

28 III Legge della Termodinamica

29 S(T=0) Per T = 0, tutto il moto termico si è smorzato, e in cristallo perfetto gli atomi o gli ioni formano un reticolo regolare ed uniforme. Vi è un solo modo per ottenere questo arrangiamento S = k log(W) = k log(1) = 0 © Dario Bressanini

30 III Legge della Termodinamica
l’Entropia di un cristallo perfetto a 0 K è 0 A differenza delle Entalpie, le entropie hanno una scala assoluta, grazie alla Terza Legge. © Dario Bressanini

31 Entropia Crescente Terza Legge della Termodinamica
Se T = 0 con ordine massimo, S = 0 Pollock S = S max Severini S > 0 Mondrian S > 0 Entropia Crescente S = 0 Robert

32 Tra il Serio e il Faceto... Prima Legge: Non puoi vincere!
Non puoi ricavare da un sistema piu’ energia di quella che ci metti dentro Seconda Legge: Non puoi neanche pareggiare! Non puoi tirare fuori neanche tutta l’energia che ci metti dentro © Dario Bressanini