Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Il primo principio Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Useremo una convenzione importante Calore e lavoro Possiamo dare/prendere energia ad un sistema o in forma microscopica interagendo con le molecole direttamente fornendo/prelevando calore o in forma macroscopica facendo/prelevando lavoro Useremo una convenzione importante Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Calore e lavoro sistema Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Il primo principio Il primo principio è l’estensione del principio di conservazione dell’energia meccanica diretta conseguenza dell’equivalenza calore-lavoro Riprendiamo lo schema degli scambi energetici sistema Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Il primo principio Chiameremo U l’energia interna al sistema nel caso di un gas ideale: l’energia cinetica di tutte le molecole La conservazione dell’energia ci dice che | Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Energia interna di un gas Supponiamo di avere un gas a volume costante quindi Se l è il numero di gradi di libertà di una molecola In totale Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Calori specifici di un gas L’energia cinetica totale (quindi l’energia interna) vale La quantità viene detta calore molare e dipende solo dai gradi di libertà di una molecola L’energia interna dipende dai gradi di libertà di una molecola dalla sola temperatura Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Calori specifici di un gas Se forniamo la quantità di calore-energia dQ, vediamo un innalzamento di temperatura Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Il primo principio rivisitato Per un gas perfetto possiamo scrivere il primo principio della termodinamica come | | Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Reversibilità ed irreversibilità Le trasformazioni Reversibilità ed irreversibilità Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Trasformazioni reversibili Una trasformazione nella quale i parametri di stato siano definiti viene chiamata reversibile In una trasformazione reversibile il gas passa per stati termodinamici è possibile ripercorrere la trasformazione “all’indietro” variando di un infinitesimo un parametro di stato Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Processi Reversibili Un Processo reversibile è un processo che può essere “invertito” con un cambiamento infinitesimo di una variabile. Il Sistema è, istante per istante, in equilibrio con l’ambiente. È una idealizzazione. Non esiste in realta’. È necessario introdurre il concetto astratto di “processo reversibile” perché la Termodinamica Classica dell’Equilibrio, non utilizza la variabile tempo. Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Processi Reversibili Non vi sono Forze Dissipative Non vi e’ frizione Non vi sono forze non bilanciate (processo quasi-statico) Non vi sono processi chimici o trasferimenti macroscopici di calore Richiedono un tempo Infinito SONO ASTRAZIONI TEORICHE I processi reversibili generano il lavoro massimo Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Trasformazioni irreversibili Una trasformazione nella quale i parametri di stato non siano definiti viene chiamata irreversibile ad esempio l’espansione libera In una trasformazione irreversibile il gas non passa per stati termodinamici è praticamente impossibile ripercorrere la trasformazione “all’indietro” Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Processi Irreversibili Sono presenti forze dissipative o forze non bilanciate (espansione libera, ad esempio) Vi e’ un trasferimento di calore tra corpi con una differenza finita di temperatura Irreversibilita’ chimica Richiede un tempo finito TUTTI I PROCESSI SPONTANEI SONO IRREVERSIBILI!! Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Il piano di Clapeyron Inglese 1799-1864 Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Il piano di Clapeyron Uno stato termodinamico si rappresenterà con un punto nel piano PV Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

una trasformazione reversibile Il piano di Clapeyron Una linea continua nel piano di Clapeyron rappresenta una successione di stati termodinamici una trasformazione reversibile Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Non si può rappresentare sul piano! Il piano di Clapeyron Ed una trasformazione irreversibile? Non si può rappresentare sul piano! Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Il piano di Clapeyron In generale la termodinamica che siamo capaci di studiare è quella dei processi reversibili La termodinamica dei processi irreversibili è molto ardua Tutto ciò che ci circonda è basato su processi irreversibili di non-equilibrio Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

per processi reversibili! Il calcolo del lavoro per processi reversibili! Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Calcolo del lavoro Basta applicare la definizione B A Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Calcolo del lavoro Il lavoro si calcola come significato geometrico: l’area sotto la linea rappresentativa della trasformazione reversibile Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Il lavoro non è una funzione di stato Calcolo del lavoro Quindi il lavoro dipende da A da B dalla forma della trasformazione Il lavoro non è una funzione di stato Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Calcolo del lavoro In generale in una trasformazione ciclica... si parte da uno stato e ci si ritorna ...il lavoro è uguale all’area del ciclo positivo se è fatto sul sistema negativo se fatto dal sistema Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Lavoro per processi diversi Il lavoro compiuto dipende dal cammino percorso (cioe’, dal tipo di processo) Calcoliamo ora il lavoro eseguito per alcuni processi semplici Espansione libera nel vuoto Espansione a pressione costante (processo isobaro) Processo isocoro Espansione isoterma reversibile di un Gas ideale Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine L’espansione libera Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Espansione nel Vuoto Consideriamo un gas che si espande nel vuoto. Nel vuoto pex = 0  w = 0 Qui l’interpretazione molecolare è ovvia. Togliendo la parete divisoria, aumenta solo il tempo medio tra due collisioni, NON la velocita’ media molecolare Il Gas NON compie lavoro espandendosi nel vuoto Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine Flavio Waldner - Dipt.di Fisica - Udine - Italy

Espansione a Pressione = cost Consideriamo ora un sistema che si espande contro una pressione che rimane costante (ad esempio la pressione atmosferica) Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Energia interna di un gas ed esperienza di Joule L’esperimento dell’espansione libera di un gas Avviene senza lavoro esterno non viene dato né tolto calore quindi Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Energia interna di un gas ed esperienza di Joule Dallo stato iniziale allo stato finale variano pressione del gas volume del gas Le misure dicono che non varia la temperatura Quindi U non può essere funzione di P e di V, ma solo di T …infatti... Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Energia interna di un gas ed esperienza di Joule L’energia interna dipende solo dai parametri di stato anzi solo da uno di questi! Non dipende da come si arriva allo stato La diremo dunque una funzione di stato Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Il calcolo dell’energia interna ricordiamoci che si tratta di una funzione di stato! Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Il calcolo dell’energia interna La variazione di energia interna si calcola come La variazione di energia interna non dipende dalla forma della trasformazione che porta da A a B Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Il calcolo del calore in una trasformazione …sempre reversibile! Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Calore, lavoro, energia interna Se in una trasformazione viene scambiato calore il calcolo può procedere solo con l’uso del I principio della termodinamica salvo che a volume costante od a pressione costante - - Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine