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Chimica Fisica EntropiaEntropia Universita degli Studi dellInsubria

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Presentazione sul tema: "Chimica Fisica EntropiaEntropia Universita degli Studi dellInsubria"— Transcript della presentazione:

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2 Chimica Fisica EntropiaEntropia Universita degli Studi dellInsubria

3 © Dario Bressanini Seconda Legge della Termodinamica Lentropia di un sistema isolato durante un processo spontaneo aumenta

4 © Dario Bressanini Entropia: Riassunto S e una funzione di stato! S e una funzione di stato! S tot = S sis + S amb S tot = S sis + S amb Se S tot e positivo il processo e spontaneo Se S tot e positivo il processo e spontaneo Se S tot e negativo, il processo e spontaneo nella direzione opposta. Se S tot e negativo, il processo e spontaneo nella direzione opposta. In un processo spontaneo, lEntropia delluniverso aumenta sempre

5 © Dario Bressanini Entropia per processi spontanei Per processi spontanei S tot = S sis + S amb > 0 Per processi spontanei S tot = S sis + S amb > 0

6 © Dario Bressanini Processi Spontanei Un processo è spontaneo se lentropia dellUniverso aumenta. Un processo è spontaneo se lentropia dellUniverso aumenta. S tot = S sis + S amb 0 S tot = S sis + S amb 0 É scomodo dover esplicitamente tener conto di quello che succede nellUniverso. Preferiremmo concentrarci solo sul sistema. É scomodo dover esplicitamente tener conto di quello che succede nellUniverso. Preferiremmo concentrarci solo sul sistema. Se lavoriamo a pressione costante è facile tener conto dei contributi entropici dellambiente. Se lavoriamo a pressione costante è facile tener conto dei contributi entropici dellambiente.

7 © Dario Bressanini Energia di Gibbs Introduciamo la funzione Introduciamo la funzione G = H – T S G = energia di Gibbs (un tempo energia libera) 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 G = H- T S

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

9 © Dario Bressanini Energia di Gibbs e Universo G < 0 G < 0 S universo > 0 S universo > 0 Se p e T sono costanti

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

11 Macchine Termiche e Ciclo di Carnot

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

13 © Dario Bressanini Motore

14 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

15 © Dario Bressanini Ciclo di Carnot

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

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

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

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

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

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

22 © Dario Bressanini Ciclo di Stirling

23 © Dario Bressanini Lavoro ed Energia di Gibbs LEnergia di Gibbs rappresenta il massimo lavoro non di espansione ottenbile da un processo LEnergia di Gibbs rappresenta il massimo lavoro non di espansione ottenbile da un processo

24 © Dario Bressanini Lavoro ed Energia di Gibbs

25 © Dario Bressanini G = H - T S oppure G = H - T S oppure H = G + T S H = G + T S Energia Disponibile Lavoro utilizzabile Energia Dispersa Benzina Energia Interna Legami Chimici Ruote che girano, batteria che si carica, luci… Calore disperso nellambiente, che aumenta lentropia dellunivrso Variazione di Energia di Gibbs

26 © Dario Bressanini Efficienza Lefficienza e il rapporto tra il lavoro estratto e lenergia fornita. Lefficienza e il rapporto tra il lavoro estratto e lenergia fornita. Apparecchio efficienza Batterie a secco90% Caldaia domestica65% Razzo a combustibile liquido50% Motore di automobile< 30% Lampada a fluorescenza20% Cella solare~10 % Lampada ad incandescenza 5 %

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

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

29 III Legge della Termodinamica

30 © Dario Bressanini 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. 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 Vi è un solo modo per ottenere questo arrangiamento S = k log(W) = k log(1) = 0 S = k log(W) = k log(1) = 0

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

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

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


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