Processi ed Equilibri

Le descrizioni scientifiche In qualche modo riguardano dei mondi schematizzati (che potremmo chiamare l’universo meccanico, ottico, termodinamico ecc.) In essi agiscono solo quegli elementi della realtà naturale che costituiscono il centro di interesse. Nella costruzione di tali mondi si è proceduto per tentativi ed errori fino al raggiungimento di una stabilità nella struttura concettuale.

I canali di acquisizione di conoscenza sugli effetti termici

L'osservazione/interazione di un soggetto con l'ambiente

Caratteristiche importanti per lo studio dei fenomeni

Analisi qualitativa dei fenomeni Il processo sarà descritto quantitativamente determinando la relazione funzionale che lega la differenza nella variabile intensiva (qui  h) al flusso della variabile estensiva  (qui ) tale che se  h=0  =0. Il dislivello iniziale  h può essere considerato quale causa del fenomeno il cui effetto è il flusso  del liquido tra i due rami. Variabili come la quantità di acqua, che può fluire fra i due rami, sono chiamate “variabili estensive” in quanto, oltre alla proprietà del fluire hanno la proprietà di additività: mettendo insieme due oggetti aventi i valori X1 e X2 per tale variabile si ottiene un sistema con il valore X1+X2. Variabili come il livello h sono dette “variabili intensive”. Esse hanno la proprietà che una loro differenza (in questo caso  h) può produrre il flusso della variabile estensiva coniugata in un processo che tende a cancellare tale differenza. In situazione di equilibrio le variabili intensive non mostrano differenze.

Analisi qualitativa dei fenomeni Supponiamo, quindi, di porre in un recipiente dell’acqua calda rispetto alla temperatura ambiente. Muovendo il termometro in vari punti all’interno del liquido si osserverà che la temperatura, T, varia nello spazio e nel tempo. Ovvero T = T(x, y, t) Per una posizione fissa l’andamento temporale è descritto da una curva quale quella mostrata in figura 4: le diverse curve della figura corrispondono al raffreddamento di una stessa quantità di acqua in recipienti di materiali diverso. Tutte le curve tendono nel tempo a raggiungere il valore della temperatura dell’aria esterna al recipiente.

Analisi qualitativa dei fenomeni La differenza di temperatura (variabile intensiva)  T innesca un processo verso l’equilibrio termico; Tale equilibrio viene raggiunto attraverso il flusso di calore tra i due sistemi a contatto. Si ha quindi un flusso nella variabile estensiva coniugata alla temperatura. Il processo sarà descritto determinando la relazione funzionale tale che se  T=0  =0.  N.B. Ricordando i principi della Termodinamica si noti che il flusso di calore è costituito da flussi accoppiati di energia e entropia .

Un altro esempio Il processo di scarica può essere descritto dall’andamento in funzione del tempo della differenza di potenziale elettrico fra le due armature. Se l’effetto dell’induzione è rilevante avremo In un caso un andamento esponenziale nell’altre un oscillazione smorzata.

Sintetizzando Ricordando gli esperimenti dei vasi comunicanti per il processo verso l’equilibrio di liquidi nel campo gravitazionale quello relativo ai processi termici e quello della scarica del condensatore, possiamo rilevare le analogie fra i vari processi: la causa del processo è data dalla differenza delle variabili intensive (  h/  T/  V); il processo consiste in un flusso di una variabile estensiva (massa/energia/carica); il processo termina una situazione di equilibrio. Quali altri processi hanno gli stessi andamenti?