Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine1 Il primo
principio
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine2 Calore e
lavoro Possiamo dare/prendere energia ad un sistema o in forma
microscopica interagendo con le molecole direttamente
fornendo/prelevando calore o in forma macroscopica
facendo/prelevando lavoro Useremo una convenzione importante
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine3 Calore e
lavoro sistema
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine4 Il primo
principio Il primo principio lestensione del principio di
conservazione dellenergia meccanica diretta conseguenza
dellequivalenza calore-lavoro Riprendiamo lo schema degli scambi
energetici sistema
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine5 Il primo
principio Chiameremo U lenergia interna al sistema nel caso di un
gas ideale: lenergia cinetica di tutte le molecole La conservazione
dellenergia ci dice che |
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine6 Energia
interna di un gas Supponiamo di avere un gas a volume costante
quindi Se l il numero di gradi di libert di una molecola In
totale
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine7 Calori
specifici di un gas Lenergia cinetica totale (quindi lenergia
interna) vale La quantit viene detta calore molare e dipende solo
dai gradi di libert di una molecola Lenergia interna dipende dai
gradi di libert di una molecola dalla sola temperatura
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine8 Calori
specifici di un gas Se forniamo la quantit di calore- energia dQ,
vediamo un innalzamento di temperatura
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine9 Il primo
principio rivisitato Per un gas perfetto possiamo scrivere il primo
principio della termodinamica come | |
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine10 Le
trasformazioni Reversibilit ed irreversibilit
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine11
Trasformazioni reversibili Una trasformazione nella quale i
parametri di stato siano definiti viene chiamata reversibile In una
trasformazione reversibile il gas passa per stati termodinamici
possibile ripercorrere la trasformazione allindietro variando di un
infinitesimo un parametro di stato
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine12 Processi
Reversibili Un Processo reversibile un processo che pu essere
invertito con un cambiamento infinitesimo di una variabile. Il
Sistema , istante per istante, in equilibrio con lambiente. una
idealizzazione. Non esiste in realta. necessario introdurre il
concetto astratto diprocesso reversibile perch la Termodinamica
Classica dellEquilibrio, non utilizza la variabile tempo.
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine13 Processi
Reversibili Non vi sono Forze Dissipative Non vi e frizione Non vi
sono forze non bilanciate (processo quasi-statico) Non vi sono
processi chimici o trasferimenti macroscopici di calore Richiedono
un tempo Infinito SONO ASTRAZIONI TEORICHE I processi reversibili
generano il lavoro massimo
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine14
Trasformazioni irreversibili Una trasformazione nella quale i
parametri di stato non siano definiti viene chiamata irreversibile
ad esempio lespansione libera In una trasformazione irreversibile
il gas non passa per stati termodinamici praticamente impossibile
ripercorrere la trasformazione allindietro
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine15 Processi
Irreversibili Sono presenti forze dissipative o forze non
bilanciate (espansione libera, ad esempio) Vi e un trasferimento di
calore tra corpi con una differenza finita di temperatura
Irreversibilita chimica Richiede un tempo finito TUTTI I PROCESSI
SPONTANEI SONO IRREVERSIBILI!!
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine16 Il piano
di Clapeyron Inglese 1799-1864
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine17 Il piano
di Clapeyron Uno stato termodinamico si rappresenter con un punto
nel piano PV
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine18 Il piano
di Clapeyron Una linea continua nel piano di Clapeyron rappresenta
una successione di stati termodinamici una trasformazione
reversibile
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine19 Il piano
di Clapeyron Ed una trasformazione irreversibile? Non si pu
rappresentare sul piano!
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine20 Il piano
di Clapeyron In generale la termodinamica che siamo capaci di
studiare quella dei processi reversibili La termodinamica dei
processi irreversibili molto ardua Tutto ci che ci circonda basato
su processi irreversibili di non-equilibrio
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine21 Il
calcolo del lavoro per processi reversibili!
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine22 Calcolo
del lavoro Basta applicare la definizione A B
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine23 Calcolo
del lavoro Il lavoro si calcola come significato geometrico: larea
sotto la linea rappresentativa della trasformazione
reversibile
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine24 Calcolo
del lavoro Quindi il lavoro dipende da A da B dalla forma della
trasformazione Il lavoro non una funzione di stato
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine25 Calcolo
del lavoro In generale in una trasformazione ciclica... si parte da
uno stato e ci si ritorna...il lavoro uguale allarea del ciclo
positivo se fatto sul sistema negativo se fatto dal sistema
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine26 Lavoro
per processi diversi Il lavoro compiuto dipende dal cammino
percorso (cioe, dal tipo di processo) Calcoliamo ora il lavoro
eseguito per alcuni processi semplici Espansione libera nel vuoto
Espansione a pressione costante (processo isobaro) Processo isocoro
Espansione isoterma reversibile di un Gas ideale
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine27
Lespansione libera
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine28
Espansione nel Vuoto Consideriamo un gas che si espande nel vuoto.
Nel vuoto p ex = 0 w = 0 Nel vuoto p ex = 0 w = 0 Il Gas NON compie
lavoro espandendosi nel vuoto
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine29
Espansione a Pressione = cost Consideriamo ora un sistema che si
espande contro una pressione che rimane costante (ad esempio la
pressione atmosferica)
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine30 Energia
interna di un gas ed esperienza di Joule Lesperimento
dellespansione libera di un gas Avviene senza lavoro esterno non
viene dato n tolto calore quindi
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine31 Energia
interna di un gas ed esperienza di Joule Dallo stato iniziale allo
stato finale variano pressione del gas volume del gas Le misure
dicono che non varia la temperatura Quindi U non pu essere funzione
di P e di V, ma solo di T infatti...
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine32 Energia
interna di un gas ed esperienza di Joule Lenergia interna dipende
solo dai parametri di stato anzi solo da uno di questi! Non dipende
da come si arriva allo stato La diremo dunque una funzione di
stato
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine33 Il
calcolo dellenergia interna ricordiamoci che si tratta di una
funzione di stato!
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine34 Il
calcolo dellenergia interna La variazione di energia interna si
calcola come La variazione di energia interna non dipende dalla
forma della trasformazione che porta da A a B
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine35 Il
calcolo del calore in una trasformazione sempre reversibile!
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Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine36 Calore,
lavoro, energia interna Se in una trasformazione viene scambiato
calore il calcolo pu procedere solo con luso del I principio della
termodinamica salvo che a volume costante od a pressione costante -
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