 Il Principio Zero della Termodinamica  Il Primo Principio della Termodinamica  Trasformazioni Termodinamiche

Il Principio Zero della Termodinamica Il principio zero stabilisce le condizioni affinché due o più corpi siano in equilibrio termico tra loro: Se un corpo B è in equilibrio termico con un corpo A e con un corpo C, mettendo a contatto termico i corpi A e C, anch’essi saranno in equilibrio termico. La grandezza fisica che è uguale, quando due corpi si trovano in equilibrio termico, è la temperatura. In particolare, se due corpi hanno la stessa temperatura, siamo sicuri che non fluirà calore se vengono messi a contatto. Al contrario, se tra due corpi fluisce calore, significa che essi non si trovano in equilibrio termico e che non hanno la stessa temperatura. Per determinare se due corpi sono in equilibrio termico è possibile utilizzare una qualsiasi scala termometrica. Questo principio viene utilizzato per effettuare una misura della temperatura, se viene intesa come proprietà che determina se un corpo è in equilibrio termico con altri corpi oppure no.

Il lavoro compiuto da un gas ideale Consideriamo un gas che si dilata a pressione p¹ costante. Se la variazione di volume è ΔV, il gas compie un lavoro sull’esterno che si calcola mediante la relazione L= p · ΔV. Nel piano pressione-volume il lavoro compiuto da un gas è rappresentato dall’area di un rettangolo.

Se, al contrario, la pressione non rimane costante, il lavoro è uguale all’area della figura compresa fra la curva e l’asse orizzontale.

Il Primo Principio della Termodinamica Un sistema termodinamico può interagire con l’ambiente esterno scambiando energia in diversi modi:  cedendo o acquistando calore;  compiendo o subendo un lavoro. Quindi è lo scambio di energia con l’ambiente che fa variare l’energia interna del sistema.

L’energia interna di un sistema aumenta quando esso: assorbe calore dall’ambiente esterno subisce un lavoro dall’ambiente esterno L’energia interna di un sistema diminuisce quando esso: cede calore all’ambiente esterno compie lavoro sull’ambiente esterno ∆U=Q-L Qualunque sia la trasformazione del sistema vale il Primo Principio della Termodinamica: ∆ U = variazione di energia Q = calore scambiato L = lavoro scambiato Sistema termodinamico Q<0 L>0 L<0 Q>0

Trasformazioni Termodinamiche Applicazioni del Primo Principio  Trasformazione isocora  Trasformazione isoterma  Trasformazione adiabatica

Trasformazione Isocora o a volume costante Supponiamo che venga fornito calore a un gas contenuto in un recipiente che non possa variare il proprio volume producendo, in questo modo, un aumento di pressione. Dato che non c’è variazione di volume il gas non compie lavoro, dunque la variazione di energia interna corrisponde al calore. P f P i V i La pressione cresce da P i a P f, mentra il volume rimane costante. L’area sotto questa trasformazione è zero come lo è il lavoro. ΔV = 0 L = 0 ΔU = Q

Trasformazione Isoterma o a temperatura costante ΔT = 0 Q = L Se il sistema è un gas perfetto, l’energia interna è proporzionale alla temperatura assoluta, non essendoci variazione di temperatura, la variazione di energia interna è 0. Da ciò, essendo costante l’energia interna, il lavoro risulta uguale al calore. P V Il volume cresce da un volume iniziale a uno finale, quindi il lavoro compiuto è uguale all’area della regione colorata

Nel caso delle trasformazioni isoterme si devono distinguere due differenti casi:  Espansione isotermica Aumentando il volume, il lavoro risulta positivo, così come il calore scambiato: il sistema assorbe calore dall’ambiente.  Compressione isotermica Diminuendo il volume, il lavoro risulta negativo, così come il calore scambiato: il sistema cede calore all’ambiente. In una trasformazione isoterma L = p · ΔV = n · R · T · ln · ( V f / V i )

Trasformazione adiabatica o a calore costante Q = 0 ΔU = -L Se il gas è termicamente isolato, non riuscendo quindi a scambiare calore con l’esterno, la variazione di energia interna corrisponde al lavoro cambiato di segno.  Espansione adiabatica Il volume aumenta, cioè ΔV > 0, quindi il lavoro è positivo, e dunque l’energia interna è negativa.  Compressione adiabatica Il volume diminuisce, cioè ΔV < 0, quindi il lavoro è negativo, e dunque l’energia interna è positiva.

A cura di: Andrea Borella Yuri Mazzucotelli Sebastian Rota