Il secondo Principio della Termodinamica

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1 Il secondo Principio della Termodinamica
A. Stefanel - Termodinamica 6

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Un oggetto a temperatura T maggiore della temperatura ambiente si porta spontaneamente all’equilibrio con l’ambiente. Perché non succede mai che l’ambiente si riscaldi e il sistema si raffreddi? (per farlo si deve utilizzare un ciclo frigorifero: ciclo percorso in senso antiorario) P (V1;P1) (V2;P2) (V2;P3) (V1;P4) adiabatica In un ciclo, per fare ritornare il sistema allo stato iniziale, è sempre necessario che una parte dell’energia assorbita da un termostato a temperatura maggiore venga ceduta a un termostato a temperatura minore. V A. Stefanel - Termodinamica 6

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Perché in un ciclo il rendimento non è mai del 100%? Es. ciclo di Carnot Macchina termica reversibile che lavora tra le temperature di T1=100 °C T2=600 °C (V3;P3) P Es. Ciclo di Carnot = 373 K = 873 K adiabatica adiabatica (V4;P4) carnot = 1 – (373/873) = 0,43 T2 (isoterma) (V2;P2) T1 (isoterma) carnot > reale (0,3) (V1;P1) V A. Stefanel - Termodinamica 6

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2° Principio della Termodinamica (enunciato di Kelvin-Planck): È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di assorbire calore da un unico termostato caldo e di convertirlo completamente in lavoro. W Qc In un ciclo: Qa  W Cambiano le coordinate termodinamiche In generale: Qa  A. Stefanel - Termodinamica 6

5 2° Principio della termodinamica (enunciato di Clausius):
Non è possibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di far passare del calore da un corpo a temperatura minore a uno a temperatura maggiore. P In un ciclo frigorifero: si può raffreddare un sistema riscaldando l’ambiente, ma ciò avviene a spese del lavoro (negativo) compiuto dal sistema durante il ciclo. W= - A <0 QC A T2 QA T1 Termostato a temperatura T1 QC QA Termostato a temperatura T2>T1 V1 V2 V W A. Stefanel - Termodinamica 6

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2° Principio della Termodinamica (enunciato di Kelvin-Planck): È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello assorbire calore da un termostato a temperatura maggiore e di convertirlo completamente in lavoro. 2° Principio della termodinamica (enunciato di Clausius): Non è possibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di far passare del calore da un corpo a temperatura minore a uno a temperatura maggiore. Tutti i processi naturali sono irreversibili (l’universo non si riporta spontaneamente nello stato iniziale). A. Stefanel - Termodinamica 6

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Esempio: espansione libera di un gas ideale in ambiente adiabatico Stato iniziale: V=V1 Stato iniziale: V=V2 A. Stefanel - Termodinamica 6

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Esempio: espansione libera di un gas ideale in ambiente adiabatico V1 V2 U =0  T = 0 Calcolo S: uso la trasformazione isoterma reversibile che raccorda: lo stato iniziale (V=V1; T=T1) e lo stato finale (V=V2; T =T2) A. Stefanel - Termodinamica 6

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Trasformazione isoterma (T = costante) (Pi;Vi;T) (Pf;Vf;T) Vf ∫ Trasformazione reversibile W = P dV P Per un gas ideale : PV = nR T 1 ---- dV V W Vf ∫ Vf ∫ W = P dV = nRT Pi = nRT ln (Vf / Vi) Pf Ti U = U (T) 0 = Q –W  Q = W Vi Vf V Q = nRT ln (Vf / Vi) A. Stefanel - Termodinamica 6