Termodinamica

Didascalia alternativa:

ogni parte del fluido ed alle pareti del recipiente. + Temperatura: proprietà fisica intensiva. Su scala microscopica, viene definita come l'indice dello stato di agitazione molecolare del sistema. Quando due sistemi si trovano in equilibrio termico non avviene nessun trasferimento di energia e si dice che sono alla stessa temperatura. Quando esiste una differenza di temperatura, il calore tende a muoversi dal sistema a T maggiore verso quello a T minore, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico. Principio ZERO della termodinamica: se due sistemi A e B sono in equilibrio termico tra loro e un terzo sistema C in equilibrio termico con A, allora anche i sistemi B e C sono in equilibrio termico. Energia meccanica: È la somma di energia cinetica ed energia potenziale attinenti allo stesso sistema (da distinguere dall'energia interna totale del sistema E in cui rientra anche l'energia interna). Quando due sistemi si scambiano tra loro energia meccanica, tale energia in transito è definita lavoro. Dunque l'energia meccanica può essere posseduta da un sistema e scambiata con altri sistemi, mentre il lavoro corrisponde solamente alla parte di energia meccanica che è scambiata. Energia cinetica • E₁=1 mv² 2 Energia potenziale 4 Se la forza è costante Ep=mgz Lavoro: Per avere un trasferimento di energia meccanica tramite lavoro: • Ci deve essere una forza che agisce su un contorno. Il contorno deve subire uno spostamento. Se la forza è variabile => W = Fs w = S² F ds Wv=S² pdv Lavoro di variazione di volume → Tensione superficiale: SWs = Os dA SW, è il lavoro necessario per allargare la superficie di un fluido di una quantità infinitesima. La tensione superficiale è quindi un'energia per unità di superficie. Lavoro positivo Superficie di interfaccia aumenta. Lavoro di tensione superficiale Wsup = ²₁ DA Lavoro non meccanico: Lavoro elettrico - Associato ad elettroni che si muovono per effetto di una differenza di potenziale elettrico. Lavoro magnetico — Effettuato da una forza generata da un campo magnetico. Lavoro di polarizzazione elettrica — Effettuato da forze elettrostatiche dovute a fenomeni di polarizzazione. TRASFERIMENTO DI CALORE: Calore: forma di energia, associata al movimento casuale di atomi e molecole, trasferita tra due sistemi (o tra sistema ed ambiente) in virtù di una differenza di temperatura. All'aumentare di questa aumenta lo scambio. variabile intensiva Calore massico Q a potenza termica costante Q a potenza termica variabile + 9= m Q=Q At variabile estensiva tz → Q=SQ dt t₁ Trasformazione adiabatica: processo durante il quale NON c'è trasmissione di calore. Una trasformazione può risultare adiabatica quando il sistema è isolato, oppure quando sistema e ambiente sono alla stessa temperatura. Meccanismi di trasferimento di calore: • Conduzione →→→ Trasferimento di energia in presenza di un gradiente di temperatura (AT) in un mezzo stazionario (le sue variabili termodinamiche sono costanti nel tempo), il quale può essere un solido o un fluido (a patto che non si muova). • Convezione → Trasmissione di calore tra una superficie e un fluido in movimento, i quali si trovano a temperature differenti. Irraggiamento - Tramite emissione di onde elettromagnetiche (o fotoni). Energia interna U: Estensiva Può essere definita come la somma di tutte le forme microscopiche di energia di un sistema. Energia interna: Energia termica: Energia sensibile: associata alle energie cinetiche delle molecole. Energia latente: associata ai cambiamenti di fase di una sostanza. Uno stato di un sistema è l'insieme dei valori assunti dai parametri macroscopici che caratterizzano il sistema stesso (p, V, T... Uno stato termodinamico è in equilibrio se i parametri che lo definiscono sono stazionari, cioè indipendenti dal tempo. Equlibrio termico: nessun cambiamento di T nell'intero sistema. Equilibrio meccanico: nessun cambiamento di P in alcun punto del sistema. Equilibrio di fase: nessun cambiamento di massa di ognuna fase in alcun punto del sistema. ● ● Energia chimica: associata ai legami atomici in una molecola. Energia nucleare: associata ai legami forti all'interno dell'atomo. Equilibrio chimico: nessun cambiamento della composizione chimica nel sistema (nessuna reazione chimica). Postulato di stato: Lo stato di un sistema semplice comprimibile è completamente definito da due proprietà intensive indipendenti. La terza proprietà è univocamente determinata. Un sistema semplice comprimibile è un sistema che NON coinvolge fenomeni di natura elettrica, magnetica, cinetici e di tensione superficiale. U Le variabili di stato sono grandezze che possono essere utilizzate per caratterizzare un particolare stato termodinamico. Ad esempio, quello di un gas può essere caratterizzato da P, V e T. Una funzione di stato è una grandezza fisica il cui valore dipende solamente dalle condizioni assunte da un sistema all'inizio e alla fine di una trasformazione termodinamica, cioè dallo stato iniziale e finale, e NON dipende dal particolare percorso seguito durante la trasformazione. PV=nRT Funzione di stato. (W Non è una funzione di stato. Trasformazioni di equilibrio: Sono trasformazioni ideali, definite come successioni continue di stati di equilibrio e rappresentabili quindi come linee continue nello spazio delle variabili di stato del sistema. Dal punto di vista operativo, un processo reale tende a diventare una trasformazione di equilibrio quando, agendo opportunamente sui vincoli di trasformazione, si fa tendere a zero la velocità di variazione delle variabili di stato. Processi reali che si approssimano a processi di equilibrio sono detti quasi statici. Processo: qualsiasi cambiamento del sistema che porta da uno stato di equilibrio ad un altro. - isotermicoT costante P costante - isobarico isocoro V costante Percorso: serie di stati attraverso i quali un sistema passa durante un processo. - P - Ein EOUT = AE Sistema stato f Q-W=AU STATO 2 Primo principio della Termodinamica: Formulazione del principio di conservazione dell'energia. L'energia di un sistema termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma all'altra. percorso Diagramma di processo V Per un sistema chiuso → Dati due stati A e B, la variazione di energia interna Δυ= UB ·UA è pari alla differenza del calore assorbito Q=Q(A→ B) e del lavoro compiuto W=W(A → B) dal sistema durante la trasformazione. QWO(-) 11 W<O(-) => Sistema => W>O (+) Espressione differenziale del primo principio: In una trasformazione quasi statica risulta utile considerare trasformazioni termodinamiche nelle quali le variabili di stato cambiano di quantità infinitestime. 11 Q>O (+) dU=SQ-Sw (du)→ Differenziale esatto (il suo integrale esprime una variazione finita di una funzione di stato) (8) ) — Differenziale NON esatto (il loro valore dipende dal tipo di trasformazione) PA TO Ciclo termodinamico: successione finita di trasformazioni termodinamiche al termine delle quali il sistema torna al suo stato iniziale. V ΔU = Ο => Q=W