I principi della Termodinamica

Interagire con l’ambiente significa scambiare energia La termodinamica Interagire con l’ambiente significa scambiare energia

In quanti modi ciò è possibile: LAVORO e CALORE

Ogni sistema può essere osservato dal punto di vista dei trasferimenti di energia con l’ambiente esterno

La termodinamica studia le leggi con cui i corpi scambiano energia (lavoro e calore)

La termodinamica si fonda su due principi fondamentali

Il primo principio è una generalizzazione del principio di conservazione dell’energia

Il secondo principio stabilisce delle limitazioni circa le possibilità di trasformare il calore in lavoro (DA QUI LA MORTE)

(pressione,volume,temperatura) I sistemi di cui si occupa la termodinamica vengono descritti utilizzando tre grandezze macroscopiche (pressione,volume,temperatura)

Il mulinello di Joule Sappiamo che possiamo riscaldare un corpo (ad es. una massa di acqua) avvicinandolo ad una sorgente di calore, ma anche mediante lavoro meccanico. Noi tutti sappiamo che sfregando le mani queste si riscaldano, percuotendo un oggetto con un martello questo si scalda.

Il mulinello di Joule Il fisico Joule verso la metà del 1800 fece un celebre esperimento. Con il marchingegno in figura riscaldò l’acqua . L’energia potenziale dei pesi attratti dalla forza di gravità si trasforma in energia cinetica e questa si trasferisce alle pale che riscaldano l’acqua nel calorimetro. Ripetendo più volte l’esperimento Joule riuscì a determinare l’equivalente meccanico della caloria. Un lavoro di 4,186 J corrisponde ad 1 caloria.

Sistemi termodinamici La Termodinamica è quella parte della Fisica che studia la trasformazione del lavoro meccanico in calore e (viceversa) del calore in lavoro meccanico. I suoi principi sono alla base delle macchine termiche cioè di quelle macchine che sfruttano il calore per produrre movimento, come ad es. il motore a vapore, il motore a scoppio, il motore Diesel. Si definisce sistema Termodinamico un qualsiasi sistema che può scambiare con l’ambiente calore e lavoro. Il nostro corpo ad es. è un sistema termodinamico che irraggia calore nell’ambiente e può compiere lavoro meccanico ad es. sollevando pesi.

Sistemi termodinamici Per studiare i Principi della Termodinamica noi utilizzeremo un sistema termodinamico ideale, costituito da un cilindro con un pistone scorrevole, all’interno del quale è contenuto un gas perfetto. Faremo tre ipotesi: 1) il pistone è a perfetta tenuta 2) non c’è attrito tra il pistone ed il cilindro 3) mentre le pareti del cilindro sono perfettamente isolate termicamente, la base è un ottimo conduttore di calore

Trasformazioni termodinamiche Trasformazione adiabatica: è una trasformazione che avviene senza scambio di calore. Ciò significa che tutto il cilindro, sia le pareti che la base, è perfettamente isolato termicamente. Trasformazione isoterma: è una trasformazione che avviene a temperatura costante, obbedisce cioè alla legge di Boyle. Nel piano di Clapeyron (piano cartesiano avente in ascisse il Volume e in ordinate la pressione) si ottiene un ramo di iperbole. Non si può comprimere il gas fino a portare il suo volume a zero. Per quanto piccole le molecole del gas occuperanno un volume. Geometricamente l’iperbole è asintotica all’asse orizzontale.

Trasformazioni termodinamiche Trasformazione isobara: è una trasformazione che avviene a pressione costante. Ciò significa che sul pistone non vengono aggiunti o tolti pesi. Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento orizzontale.

Trasformazioni termodinamiche Trasformazione isocora: è una trasformazione che avviene a volume costante. Ciò significa che il pistone è “inchiodato”, non può muoversi. Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento verticale.

Trasformazioni cicliche Le trasformazioni cicliche sono trasformazioni che riportano il gas nelle stesse condizioni di temperatura, pressione, volume. Si parte da un punto A e dopo una serie di trasformazioni si ritorna in A.

Piano di Clapeyron