Lezione n.5 (Corso di termodinamica) Termodinamica degli stati: superficie caratteristica e piani termodinamici

Indice Stati della materia Regola delle fasi e postulato di stato Superficie caratteristica Diagramma T-v Diagramma p-T Diagramma p-v Coefficienti di espansione e comprimibilità Calori specifici Diagramma T-s Diagramma h-s Diagramma p-h

Stati della materia Una sostanza pura è una sostanza la cui composizione chimica non varia. Ossigeno O2 Acqua Aria Una sostanza pura non deve necessariamente essere composta da un unico elemento chimico.

Fasi La fase è l’insieme delle parti omogenee del sistema aventi lo stesso stato intensivo. Una sostanza pura può trovarsi in diverse fasi. solida liquida aeriforme

Passaggi di fase AERIFORME Sublimazione Evaporazione Condensazione SOLIDA LIQUIDA Fusione Solidificazione

Trasformazione internamente reversibile Si consideri un sistema pistone-cilindro contenente una sostanza pura, al quale viene somministrato calore a pressione costante (trasformazione isobara) Trasformazione internamente reversibile Il sistema è inizialmente nello stato A (fase solida) TB>TA p = cost. T v vB>vA TB temperatura di liquefazione B Calore A

Raggiunto lo stato B la sostanza in fase solida comincia a liquefarsi. Nello stato C sono presenti la fase liquida e la fase solida. Durante questa trasformazione aumenta la quantità di sostanza in fase liquida e diminuisce quella in fase solida. La trasformazione termina quando l’ultimo cristallo di ghiaccio liquefa. Il processo è isotermo p = cost. T v A B C D Calore

Inoltre è possibile osservare un leggero incremento del volume Raggiunto lo stato D la sostanza in fase liquida subisce un aumento di temperatura fino al punto E. Inoltre è possibile osservare un leggero incremento del volume (ciò non è vero nell’intervallo 0-4°C per l’acqua) p = cost. T v A B D E Calore

Raggiunto lo stato E la sostanza in fase liquida comincia ad evaporare. Sono presenti la fase liquida e la fase gassosa. Durante questa trasformazione aumenta la quantità di sostanza in fase gassosa e diminuisce quella in fase liquida. La trasformazione termina quando l’ultimo goccia di acqua evapora. Il processo è isotermo p = cost. T v A B D E F Calore

Raggiunto lo stato E la sostanza è in procinto di evaporare Nello stato F sono presenti la fase liquida e la fase gassosa. Durante questa trasformazione aumenta la quantità di sostanza in fase gassosa e diminuisce quella in fase liquida. La trasformazione termina quando l’ultimo goccia di liquido evapora. p = cost. T v A B D E F G Calore

Riassumendo T v p = cost. Vapore Liquido + vapore Liquido Solido + liquido Solido

Temperatura e pressione critica v Tc 10 bar 5 bar 2 bar 1 bar Vapore saturo Vapore saturo secco Liquido saturo vc

Riassumendo T v Vapore Liquido Vapore saturo Vapore saturo secco 10 bar T v 5 bar 1 bar Vapore Liquido Vapore saturo Vapore saturo secco Liquido saturo Solido Liquido e solido

liquido liquido-gas solido vapore surriscaldato solido- liquido solido-gas

Diagramma p-T Pressione Fase liquida Fase solida Fase vapore Punto critico Fase liquida Linea di liquefazione Linea di evaporazione Fase solida Punto triplo Linea di sublimazione Fase vapore Temperatura

Diagramma p-v area sottesa (lrev) elevata pendenza curva limite inferiore

Coefficiente di espansione isobaro

Coefficiente di compressibilità isotermo

Tabella di b e T

Calori specifici cp e cv

Tabella calori specifici medi

Diagramma h-s punto critico isotermobarica andamento lineare isobare (nella zona vapore) andamento asintotico orizzontale isoterme (gas)

Diagramma di Mollier (acqua)

Diagramma T-s area sottesa (qrev) pendenza isocore e isobare

Diagramma T-s (acqua)

Diagramma p-h

Diagramma p-h R-134