Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine

Presentazione sul tema: "Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine"— Transcript della presentazione:

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

2 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

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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

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

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

11 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

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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

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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

14 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

15 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

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

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

18 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

19 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

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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

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

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

23 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

24 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

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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

26 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

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

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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

29 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

30 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

31 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

32 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

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

34 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

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

36 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