TERMODINAMICA 1° Principio: variabili, lavoro, enunciati

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1 TERMODINAMICA 1° Principio: variabili, lavoro, enunciati
James P. Joule Antonio Ballarin Denti

2 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

3 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:

4 In una trasformazione P-V
B P V

5 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

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

7 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

8 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

9 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

10 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:

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

12 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

13 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