La termodinamica studia le trasformazioni dell'energia e le relazioni tra calore e lavoro nei sistemi fisici.
Il Primo principio della termodinamica stabilisce la conservazione dell'energia in un sistema termodinamico, affermando che l'energia interna di un sistema isolato rimane costante. Questo principio è fondamentale per comprendere come il calore e il lavoro termodinamico si trasformano l'uno nell'altro durante le trasformazioni termodinamiche. Le trasformazioni più importanti sono quelle isoterme (temperatura costante), isobare (pressione costante), isocore (volume costante) e la trasformazione adiabatica (senza scambio di calore).
Il Secondo principio della termodinamica introduce il concetto di entropia e stabilisce la direzione naturale dei processi termodinamici. Secondo l'enunciato di Clausius, il calore non può spontaneamente passare da un corpo più freddo a uno più caldo. Le trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili sono fondamentali per comprendere l'efficienza dei processi reali. Il lavoro di espansione in queste trasformazioni può essere calcolato attraverso specifiche formule matematiche che coinvolgono pressione e volume. Per esempio, il lavoro in una trasformazione isoterma dipende dal logaritmo naturale del rapporto tra volume finale e iniziale, mentre il lavoro in una trasformazione isobara è direttamente proporzionale alla variazione di volume. I grafici trasformazioni termodinamiche sono strumenti essenziali per visualizzare questi processi nel piano pressione-volume e comprendere il lavoro compiuto o subito dal sistema durante la trasformazione.
