Il calore e la termodinamica

Didascalia alternativa:

temperatura di 1kg di sostanza tabellato poiché deriva dalla sostanza PRINCIPIO DELL'EQULIBRIO TERMICO PRINCIPIO O • Due corpi a temperatura diversa messi a contatto, dopo un pò di tempo arrivano alla stessa temperatura ->equilibrio termico da corpo più caldo a corpo più freddo m₁c₁ (Te-T.) = m₂ C₂ (T₂-Te) CAMBIAMENTI DI STATO • Materia: stato solido, liquido e aeriforme • Stato dipende dal legame tra le molecole: FORMULA: Te = (mc, T.)+(m₂C₂ T₂) (m. C₁ + m₂ C₂) • Da uno stato all'altro: da solido a liquido fusione FORMULE: C-Q C₂& At da liquido a solido-solidificazione • da aeriforme a liquido-condensazione da liquido ad aeriforme-evaporazione • legame forte: stato solitoforma, massa e volume propria legame meno forte: stato liquido assume forma del contenitore, volume del contenitore (L= 10 alla -3) • legame ancora meno forte: stato areiforme-gas o vapore tutto il volume C=cm FORMULA: CALORE DI ZATENTE FUSIONE • In ogni passaggio di stato: temperatura uguale una volta arrivato alla temperatura di fusione o evaporazione Esempio: acqua allo stato liquido, messa su un fornello, acquista calore, aumenta di temperatura fino ad arrivare alla temperatura di evaporazione (100°), una volta arrivata a questa temperatura, continua ad acquistare calore ma non aumenta la temperatura • Calore latente: calore necessario per il cambiamento di stato Esempio: 1kg di ghiaccio per passare allo stato liquido ha bisogno di 334000 J di calore ● Acqua: liquefazione->0° ● ebollizione 100° a 1 atm- la temperatura di ebollizione dipende dalla temperatura e pressione di vapore saturo Vapore saturo: significa che le molecole che si trovano sopra passano allo stato aeriforme e allo stesso tempo quelle che si trovano allo stato aeriforme passano allo stato liquido-non c'è più allo stato aeriforme->in quel momento l'acqua può bollire ● A temperatura ambiente l'acqua non può bollire, se faccio il vuoto si perché ha raggiunto la pressione di vapore saturo • Stato liquido gas: arrivare alla temperatura critica e poi compressi temperatura critica sotto la temperatura ambiente • Passaggio diretto: da solido ad aeriforme: sublimazione da aeriforme a solito: brinamento ■ Finché il vapore è poco denso, in un dato intervallo di tempo le molecole di acqua che sfuggono alla superficie li- quida sono più numerose di quelle che vi rientrano. Esempio: se lasciamo un bicchiere fuori, l'acqua evapora. Se chiudo il contenitore le molecole non trovano più spazio e da aeriforme passano di nuovo a liquido PASSAGGIO DI CALORE • Conduzione: solidi comincia a scaldarsi la parte a contatto con la fonte di calore, le molecole urtano tra loro e trasportano l'energia cinetica • Vapori: passano allo stato liquido a temperatura ambiente se diminuito il volume o toccato corpo freddo- temperatura critica sopra la temperatura ambiente non con compressione o toccando corpo freddo- • Convezione: liquidimolecole libere di muoversi quindi non urti- si riscalda mettendo il recipiente sulla fonte di calore, si scaldano le molecole più vicine alla fonte, sotto, diventano più leggere, salgono lasciando spazio a quelle più fredde e pesanti correnti convettive • Irraggiamento: radiazione che ogni corpo caldo emette-onda elettromagnetica passa dal vuoto dipende dalla temperatura alla 4 in Kelvin FORMULA CONDUZIONE CALORE LANDA: CONDUCIBILITA TERMICA Q-SAT TEMPERATURA SPESSORE At d TEMPO AREA molecole che evaporano Lamda: se maggiore-buon conduttore WK se minore →→isolante molecole che rientrano Le correnti convettive di acqua por- tano l'energia, dal fondo, in tutto il vo lume della pentola. A mano a mano che la densità del vapore aumenta, anche la rapidità con cui le molecole rientrano nel liquido aumenta, fino a diventare uguale alla rapidità di evaporazione. CONVEEIONE bo AAAAAA44 CONDUZIONE AT=T-T • Energia interna aumenta se aumenta la temperatura le molecole si muovono più velocemente Per un gas monoatomico: FORMUZA: K₂=2K₂T(K) ■ Allo stesso modo, le correnti con- vettive di aria portano l'energia rila- sciata dal calorifero in tutta la stanza. IRRAGGIAMENTO superficie di 1 m² RAPPRESENTAZIONE GRAFICA TRASFORMAZIONI DEI GAS RITORNO AI GAS... FORHULE: P.V₁ = P₂V ₂ PA ISOBARA V₂ P₁=Pg TRASFORMAZIONE ISOCORA FORMULA: L-O Linea verticale: non c'è area sottesa quindi L=0 PV=MRT TRASFORMAZIONE ISO BARA PA P₁.--- PA v₁ P COSTANTE FORMULA: L=PAV AU=Q-PAV P₂. LAVORO TERMODINAMICO Per compiere una trasformazione: compiere un lavoro Esempio: gas in un contenitore mettere su un fornello, pressione costante, acquista calore, si espande, il pistone che chiude il cilindro si sposta forza sul pistone TRASFORMAZIONE ISOBARA • Se aumenta il volume: lavoro positivo-pistone sale dal sistema verso l'ambiente • Se diminuisce il volume: lavoro negativo-pistone scende dall'ambiente verso il sistema • Lavoro: area sottesa sia per pressione costante che non FORMULA: L=F-S(Oh)=P.S.At = pav₁ V R=8,314 ISOCORA TRASFORMAZIONE ISOCORA V COSTANTE FORMULA: 2-0 OU=Q V₁ =Vf P= 1° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA FORMULA: AU QEL ENERGIA INTERNA CALORE +ACQUISTATO +OAL SISTEMA ALL'ESTERNO →V AUMENTA -CEDUTO -DALL'ESTERNO ALLINTEROV DIMINUISCE PA LAVORO ISOTERMA TRASFORMAZIONE ISOTERHA ISOTERMA TRASFORMAZIONE ISOTERMA FORMULA: AU=O PA Se aumenta il volume diminuisce la pressione • Verso destra: lavoro positivo • Verso sinistra: lavoro negativo FORMULA: L=MRT &n V₂ Pt-1 WA T₁³Tg lm: LOGARITHO NATURALE P₂1 PH T COSTANTE: Direttamente legata all'energia interna- energia cinetica delle molecole Q=L= MBT lm/ V₁ cm (V₂) TRASFORMAZIONE ADIABATICA • Senza scambi di calore con l'esterno-curva più prendente rispetto all'isoterma FORMULA: Q=O AU÷-L GAS HONDATOMICO FORMULA: AU: DU= 1/2 m = // MRAT (PV=MRT) 2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA • Macchina termica: dispositivo che converte calore in lavoro energia termica in lavoro-ciclicamente: deve poter continuare a lavorare- lavoro meccanico far muovere qualcosa • Enunciato di Kelvin: "non è possibile realizzare una trasformazione con una sola sorgente impossibile trasformare tutto il lavoro" Km = 2 KB T • Enunciato di Clausius: "è impossibile creare una macchina che abbiamo come unico risultato il passaggio di calore da un corpo freddo ad un corpo caldo naturalmente • Enunciati equivalenti • Macchina frigorifera: utilizza un lavoro dall'esterno per far passare il calore a temperatura più bassa a quella più alta • 2 sorgenti: una a temperatura alta da cui prendere calore seconda a temperatura più bassa a cui cedere calore RENDIMENTO MACCHINA TERMICA PORMULA: m₂ = Q = Q = Q₁ = 1004² =1-Q₁ Q₂ Q₂ Qz RENDIMENTO IDEALE FORHULA: M = 1-1 ) K LAVORO FATTO CALORE NECESSARIO EQUAZIONE GAS PERFETTI T₂ T₂ ⚫ Cilindri 4 normalmente: 1° e 3° Rendimento reale meno di quello ideale Q₂ MACCHINA L FRIGORIFERA • Scoperta macchina termica: prima rivoluzione industriale da lavoro manuale a macchine Macchina termica ideale: ciclo di Carnot • Ciclo di Carnot: 4 trasformazioni-2 isoterme e 2 adiabatiche: trasformazione isoterma, trasformazione diabatica, compressione diabatica, compressione isoterma-per continuare a funzionare • Carburante: benzina o diesel benzina: scoppio maggiore rispetto al diesel 4 tempi: 4 cicli Q₁ Q₂ MACCHINA L TERMICA Q₁ PA Scoppio: pistone scende-esplode aria e benzina contemporaneamente si apre la valvola di scarico • Scarico MACCHINA REALE ● • Aspirazione: si abbassa un pistone si apre la valvola di aspirazione-entra aria e carburan miscela Compressione: il pistone si alza si chiude la valvola compressi aria e benzina aumenta la temperatura Grazie alla scintilla della candela collegata al circuito elettrico-scoppio T₁ AT₂ contemporaneamente scoppio-2° e 4° contemporaneamente aspirazione