TERMODINAMICA 1° Principio: variabili, lavoro, enunciati James P. Joule Antonio Ballarin Denti a.ballarindenti@dmf.unicatt.it

pressione, volume, temperatura VARIABILI TERMODINAMICHE Lo stato termodinamico di un sistema è descritto dalle variabili macroscopiche fondamentali pressione, volume, temperatura Tali variabili sono legate da un’equazione di stato

IL LAVORO DI UN SISTEMA TERMODINAMICO Se un sistema si espande può compiere lavoro (o assorbire lavoro dall’ambiente esterno) Dato un corpo cilindrico di sezione S che si espande di un tratto dh. Il lavoro compiuto sarà: Il lavoro totale per passare dallo stato A a B:

In una trasformazione P-V B P V

Se in una trasformazione stato iniziale e stato finale coincidono si parla di trasformazioni cicliche. Il lavoro compiuto in un ciclo è l’area racchiusa dalla curva ABCD P V A B C D Il lavoro tra ABC sarà > 0 (espansione) Il lavoro tra CDA sarà < 0 (compressione) Il lavoro totale è positivo: area tratteggiata

In una trasformazione isoterma da V1 a V2 il lavoro sarà: tenendo in conto: Se n = 1

PRIMO PRINCIPIO Si definisce ENERGIA INTERNA di un sistema la somma delle energie cinetiche delle molecole e l’energia potenziale delle loro interazioni L’ ENERGIA INTERNA U è una funzione di stato P A U B Ad ogni stato del sistema C 1 unico valore di U D E V

In un gas perfetto l’energia interna dipende solo dalla T UA B A P V UB Nella trasformazione A  B U è funzione di stato  ∆U dipende solo da A e B e non dal cammino

Convenzione dei segni Q: calore che il sistema assorbe dall’ambiente esterno W: lavoro che il sistema fa sull’ambiente esterno We: lavoro che l’ambiente esterno fa sul sistema sistema Q>0 Q<0 W<0 W>0 We>0 We<0 ambiente Q>0 : calore assorbito W,We>0 : lavoro fatto Q<0 : calore ceduto W,We<0 : lavoro ricevuto

I PRINCIPIO Possiamo allora dire che: La variazione di energia interna di un sistema è uguale alla quantità di energia scambiata con l’ambiente sotto forma di calore e lavoro, ciascuna con il corretto segno algebrico Ovvero:

Poiché il lavoro compiuto dal sistema è uguale e opposto a quello compiuto dall’ambiente: Si ha:

I PRINCIPIO E TRASFORMAZIONI DI UN GAS PERFETTO 1. TRASFORMAZIONE ISOCORA ( V costante, dV = 0 ) B P A V Il calore che il sistema assorbe dall’ambiente aumenta la sua energia interna e quindi la sua temperatura

2. TRASFORMAZIONE ADIABATICA ( Q costante, dQ = 0 ) Se il sistema fa lavoro sull’ambiente esterno la sua U diminuisce 3. TRASFORMAZIONE ISOTERMA ( T costante ) P V A B Allora: Il lavoro fatto dal sistema (espandendosi) è uguale al calore assorbito dall’ambiente W