Entropia e Secondo Principio della Termodinamica

Il primo principio della termodinamica stabilisce l'esistenza di una funzione di stato, mentre il secondo principio della termodinamica entropia introduce aspetti qualitativi fondamentali. Il concetto di entropia, introdotto da Clausius nel 1865, si basa sulla sua celebre disuguaglianza.

Evidenziazione: La disuguaglianza di Clausius stabilisce che durante una trasformazione ciclica, la somma dei rapporti tra il calore scambiato e la temperatura della sorgente non può essere positiva.

Il rendimento di una macchina di Carnot che lavora tra due temperature T₁ e T₂ è espresso dalla formula η = 1 - T₂/T₁ (in Kelvin). Questa relazione dimostra che tutte le macchine termiche reversibili operanti tra gli stessi termostati hanno identico rendimento, indipendentemente dalle loro caratteristiche specifiche.

Vocabolario: Il lavoro termodinamico formula si esprime diversamente per ogni tipo di trasformazione: isoterma, isobara o adiabatica, ma tutte sono governate dai principi fondamentali della termodinamica.

Introduzione alla termodinamica

La termodinamica è la branca della fisica che studia l'interazione energetica tra corpi che possono scambiare energia per effetto di alcune forze. I sistemi termodinamici sono al centro di questo studio.

Definizione: Un sistema termodinamico è costituito da una quantità di materia racchiusa all'interno di una superficie chiusa.

I componenti principali di un sistema termodinamico sono:

• Il sistema stesso
• L'ambiente, ovvero l'insieme dei corpi con cui il sistema interagisce quando ci sono scambi di energia
• La pressione, misurata in Pascal (Pa)
• Il volume, misurato in metri cubi (m³)

La termodinamica utilizza diagrammi cartesiani per rappresentare le trasformazioni dei sistemi. Esistono diversi tipi di trasformazioni termodinamiche, che sono processi fisici attraverso i quali un sistema passa da uno stato di equilibrio a un altro.

Highlight: Le trasformazioni quasistatiche sono particolarmente importanti in termodinamica. In queste trasformazioni, gli stati di equilibrio differiscono solo per una piccola quantità infinitesimale.

I principali tipi di trasformazioni termodinamiche sono:

1. Isobara: trasformazione a pressione costante
2. Isocora: trasformazione a volume costante
3. Isoterma: trasformazione a temperatura costante
4. Adiabatica: trasformazione senza scambi di calore con l'esterno
5. Ciclica: trasformazione che inizia e finisce nello stesso punto

Esempio: In un diagramma pressione-volume, una trasformazione isobara è rappresentata da un segmento parallelo all'asse del volume, mentre una trasformazione isocora è rappresentata da un segmento parallelo all'asse della pressione.