ENERGIA E TRASFERIMENTO DI ENERGIA E TRASFERIMENTO DI ENERGIAENERGIA

BILANCIO DI ENERGIA SISTEMI CHIUSIBILANCIO DI ENERGIA SISTEMI CHIUSI

PRIMO PRINCIPIO TERMODINAMICAPRIMO PRINCIPIO TERMODINAMICA

APPLICAZIONE CASO GAS IDEALIAPPLICAZIONE CASO GAS IDEALI

INTERAZIONI INTERAZIONI sistema - l’ambientesistema - l’ambiente

Il Primo principio della termodinamicaIl Primo principio della termodinamica

AmbienteAmbienteAmbienteAmbiente

SistemaSistema

Grandezze di scambio

Grandezze di scambio

Grandezze di scambio

Quali tipologie di scambi possono Quali tipologie di scambi possono avvenire?avvenire?

Un sistema termodinamico non è, in generale, una entità isolata:

scambia materia ed energia con l’ambiente.

Lavoro Meccanico:grandezza Lavoro Meccanico:grandezza consolidataconsolidata

Principio di conservazione dell’energia meccanica: Principio di conservazione dell’energia meccanica: E=KE+PE=COSTANTEE=KE+PE=COSTANTE

Energia cineticaEnergia cinetica

Energia potenzialeEnergia potenziale

bilancio di energia meccanica: Lm =ΔEP + ΔEC

Energia meccanicaEnergia meccanicaMechanical energy: The form of energy that can be converted to mechanical work completely and directly by an ideal mechanical device.

Kinetic and potential energies: The familiar forms of mechanical energy.

Mechanical energy of a flowing fluid per unit mass

Rate of mechanical energy of a flowing fluid

Mechanical energy change of a fluid during incompressible flow per unit mass

Rate of mechanical energy change of a fluid during incompressible flow

SCAMBIO DI CALORE TRA SISTEMA E AMBIENTESCAMBIO DI CALORE TRA SISTEMA E AMBIENTE

Ciò che si osserva è che lo scambio di energia termica comporta in generale Ciò che si osserva è che lo scambio di energia termica comporta in generale una manifesta variazione della temperatura del corpo soggetto allo scambio una manifesta variazione della temperatura del corpo soggetto allo scambio termico.termico.

SCAMBIO DI CALORE E LAVORO MECCANICO SCAMBIO DI CALORE E LAVORO MECCANICO TRA SISTEMA E AMBIENTETRA SISTEMA E AMBIENTE

Si può variare l’ energia del Si può variare l’ energia del “sistema“sistema” anche scambiando con esso lavoro meccanico” anche scambiando con esso lavoro meccanicoSembra necessario introdurre il concetto di una nuova forma di energia per il Sembra necessario introdurre il concetto di una nuova forma di energia per il “sistema“sistema””

CALORE E LAVOROCALORE E LAVORO

Calore e Lavoro meccanico scambiati Calore e Lavoro meccanico scambiati con un sistema termodinamico:con un sistema termodinamico:

APPARENTEMENTE ENTITA’ APPARENTEMENTE ENTITA’ DIFFERENTIDIFFERENTI

Il calore: entità misteriosa fino Il calore: entità misteriosa fino alla metà ‘800alla metà ‘800

Il calore è stato considerato una entità fisica separata dal lavoro, ovvero una sorta di fluidoimmateriale ed indistruttibile (detto calorico) che permeava i corpi trasferendosi dall’uno all’altro, fino a quando James P. Joule (1818-1889), dando sostanza scientifica ad una serie di osservazioni precedenti, non dimostrò in maniera evidente il contrario (intorno al 1840).

Come retaggio della teoria del calorico, sopravvive fino ai giorni nostri una diversa unità di misura per il calore, la grande caloria [kcal], definita generalmente come il calore necessario per innalzare di un grado centigrado (precisamente da 14.5 a 15.5 °C) la temperatura di 1 kg di acqua a pressione di 1 atm

Esiste un’ equivalenza tra calore e lavoro Esiste un’ equivalenza tra calore e lavoro meccanico?meccanico?Come si struttura il bilancio generale di energia Come si struttura il bilancio generale di energia per un sistema? per un sistema? Tutto ciò ha significato in riferimento ad un “Tutto ciò ha significato in riferimento ad un “sistema termodinamicosistema termodinamico””

Una sorta di contraddizione: bilancio di energia meccanica non rispettatoLm ≠ ΔEP + ΔEC

Un’ equivalenza fondamentale:Un’ equivalenza fondamentale:lavorolavoro e e calorecalore diverse forme della stessa diverse forme della stessa

grandezza:grandezza: l’ENERGIAl’ENERGIA Lo stesso Joule stabilì con misure

accurate che: 1 kcal = 4186.8 J A seguito dell’obbligo di adozione

del Sistema Internazionale di unità di misura (1982 in Italia) la caloria deve essere definitivamente abbandonata in favore del joule.

Un nuovo contributo:Un nuovo contributo:l’ Energia internal’ Energia interna

L’energia interna di un sistema è la L’energia interna di un sistema è la somma di tutte le forme microscopiche di somma di tutte le forme microscopiche di energia energia energia sensibile: cinetica traslazionale, di energia sensibile: cinetica traslazionale, di

rotazione e di vibrazione,rotazione e di vibrazione, energia latente: legata alle forze energia latente: legata alle forze

intermolecolariintermolecolari

Tipologie di lavoro scambiateTipologie di lavoro scambiate

Si possono scambiare equivalentemente calore e Si possono scambiare equivalentemente calore e lavoro….. È sempre energia…..lavoro….. È sempre energia…..attenzione alla convenzione!attenzione alla convenzione!

L’equazione del bilancio di energia va estesa anche all’energia interna:Lm = ΔEP + ΔEC + ΔU

In senso generale, vista l’equivalenza lavoro – calore:

Q - L = ΔEP + ΔEC + ΔU

Il Il primo principio della termodinamica:primo principio della termodinamica:è un bilancio di energia esteso ai sistemi è un bilancio di energia esteso ai sistemi

termodinamicitermodinamici

Per un sistema chiuso:Per un sistema chiuso:

Q - L = ΔU Nella maggior parte delle applicazioni le variazione di

energia cinetica e potenziale sono trascurabili rispetto al termine relativo all’energia interna.

dU Q L

du q l

L’energia interna del sistema èL’energia interna del sistema èuna funzione di stato!una funzione di stato!

Il suo valore non dipende dal percorso;Il suo valore non dipende dal percorso;in un ciclo la sua variazione è pari a in un ciclo la sua variazione è pari a

ZEROZERO

In un percorso ciclico le quantità diIn un percorso ciclico le quantità di

Energia termica scambiate sono uguali Energia termica scambiate sono uguali

alle quantità di lavoro scambiato:alle quantità di lavoro scambiato:

In modo poco appropriato:In modo poco appropriato:

““IN UN PERCORSO CICLICOIN UN PERCORSO CICLICO::

CALORE SCAMBIATO = LAVORO CALORE SCAMBIATO = LAVORO SCAMBIATO!SCAMBIATO!

Lavoro di un sistema termodinamico: Lavoro di un sistema termodinamico:

lavoro di variazione di volumelavoro di variazione di volume

E’ possibile correlare il lavoro scambiato con E’ possibile correlare il lavoro scambiato con le variabili termodinamiche interne del le variabili termodinamiche interne del

sistemasistema??

Il lavoro è grandezza di scambio:Il lavoro è grandezza di scambio:il suo valore dipende dal il suo valore dipende dal

percorso!!percorso!!

Calori specificiCalori specifici

E’ L’ENERGIA CORRELATA ALL’INNALZAMENTO DELLA TEMPERATURA DI UN E’ L’ENERGIA CORRELATA ALL’INNALZAMENTO DELLA TEMPERATURA DI UN CORPO: CORPO: SCAMBIANDO PERTANTO ENERGIA TERMICA (CALORE) SARA’ DEFINITO I SCAMBIANDO PERTANTO ENERGIA TERMICA (CALORE) SARA’ DEFINITO I BASE ALLA TRSFORMAZIONE CHE SCAMBIA IL CALORE STESSO. BASE ALLA TRSFORMAZIONE CHE SCAMBIA IL CALORE STESSO.

I calori specifici più utilizzati: sono relativi a I calori specifici più utilizzati: sono relativi a scambio termico a volume e a pressione scambio termico a volume e a pressione

costanti:costanti:CCvv e C e Cpp

L’energia interna di un gas idealeL’energia interna di un gas idealedipende solo dalla temperaturadipende solo dalla temperatura

Allo stesso modo Allo stesso modo l’entalpia,l’entalpia,

il cil cvv ed il c ed il cpp