2- Scienze termiche e principio zero della termodinamica

Question 1

Scienze Termiche

Answer 1

Scienze Fisiche che studiano l’energia e i fenomeni che ne regolano la trasmissione, il trasporto e la conversione

Question 2

Termodinamica

Answer 2

La scienza dell’Energia.
Studia gli STATI DI EQUILIBRIO e le TRASFORMAZIONI tra di essi

Question 3

Trasmissione del calore

Answer 3

Studia i sistemi che non sono in equilibrio

Question 4

Energia

Answer 4

Capacità di un corpo o sistema fisico di COMPIERE UN LAVORO o TRASFERIRE CALORE e la misura di questo lavoro è anche una misura de la energia.

Unità misura nel SI è il Joule
Joule = Newton x Metro

Lavoro di 1 Joule è quello compiuto da una forza costante di 1 newton quando il punto di applicazione della forza subisce lo spostamento di 1 metro nella stessa direzione

Question 5

SISTEMA APERTO

Answer 5

Sistema che può interagire con l’ambiente esterno scambiando con esso sia energia (lavoro o calore) que materia.

Question 6

SISTEMA CHIUSO

Answer 6

Sistema che NON scambia massa con l’ambiente durante un processo ma può scambiare energie in TUTTE le forme

Question 7

SISTEMA ADIABATICO

Answer 7

Sistema chiuso che NON può scambiare CALORE con l’ambiente. SOLO LAVORO

Question 8

Sistema Isolato

Answer 8

Sistema chiuso che non interagisce di nessun modo con l’ambiente. NO MASSA, NO LAVORO, NO CALORE

Question 9

Q>0

Answer 9

Calore assorbito dal sistema

Question 10

Q<0

Answer 10

Calore ceduto dal sistema

Question 11

L>0

Answer 11

Lavoro compiuto dal sistema

Question 12

L<0

Answer 12

Lavoro compiuto dall’ambienta sul sistema

Question 13

Grandezze MICROSCOPICHE

Answer 13

Le grandezze che si riferiscono alle particelle componenti sono dette microscopiche. Tali sono, per esempio, la massa, la velocità, l’energia cinetica di ogni molecola.

Question 14

Grandezze MACROSCOPICHE

Answer 14

Le grandezze riferite al sistema nel suo complesso sono dette macroscopiche.

Question 15

Stato termodinamico di un sistema

Answer 15

Insieme di proprietà che caratterizzano il sistema stesso descritte da grandezze (funzioni) di stato.

Question 16

Grandezze (funzioni) di stato

Answer 16

Grandezze fisiche che dipendono unicamente delle condizioni in cui si trova il sistema e sono indipendenti del modo in cui quel sistema è stato ottenuto.

Question 17

Stato di un sistema

Answer 17

n –> grandezze di stato dio un sistema (x1, x2, x3, … , xn)

m –> relazione fra di esse, dato che non tutte “n” sono indipendenti

f1 (x1, x2, x3, … , xn) ;
f2 (x1, x2, x3, … , xn) ;
…
fm (x1, x2, x3, … , xn) ;

Il numero di grandezze indipendenti che permettono di
individuare lo stato termodinamico del sistema è pari a:

𝒈 = (𝒏 − 𝒎)

Question 18

Sistema in equilibrio

Answer 18

Qualche funzioni di stato costanti

Question 19

Per fissare uno stato…

Answer 19

è necessario fissare un numero di proprietà
caratteristiche. Tale numero è dato dal POSTULATO DI STATO.

Question 20

Temperatura

Answer 20

La temperatura è una proprietà che caratterizza lo stato di un corpo in equilibrio termico con l’ambiente in cui si trova.

Question 21

Volume

Answer 21

I corpi solidi e liquidi hanno un volume proprio che può variare con la temperatura (dilatazione termica) e, in misura molto minore, con la pressione.

Solidi e liquidi sono praticamente incompressibili.

I gas invece non hanno un volume proprio ma occupano tutto il volume a loro disposizione, a causa del movimento caotico delle particelle microscopiche che li compongono e che sono libere di muoversi in qualsiasi direzione spaziale.

Question 22

Equilibrio Termico

Answer 22

Omogeneità di temperatura, non c’è flusso termico

Question 23

Pressione

Answer 23

La pressione è una grandezza fisica
scalare definita come rapporto tra una
forza che agisce perpendicolarmente ad
una superficie e la superficie stessa:

p = 𝐹∙ 𝑛 / S

La pressione è quindi, a parità di forza
premente, inversamente proporzionale
alla superficie. Il fatto di sprofondare o
meno nella neve non dipende tanto dal
peso, quanto dalla pressione esercitata
sulla superficie nevosa.

Question 24

EQUILIBRIO TERMODINAMICO di un sistema

Answer 24

Se in un sistema tutte le grandezze di stato hanno valore costante nel tempo, si dice che il sistema è in equilibrio termodinamico.
Alla dizione di equilibrio termodinamico si attribuisce il verificarsi contemporaneo di diversi tipi di equilibrio:

• Equilibrio termico: temperatura omogenea in ogni punto del sistema, in assenza di gradienti termici causa di flussi di calore.
• Equilibrio meccanico: pressione omogenea nel tempo.
• Equilibrio di fase: nei sistemi multifase, la massa di ciascuna fase è costante.
• Equilibrio chimico: composizione chimica costante

Question 25

Tipi di EQUILIBRIO

Answer 25

EQUILIBRIO STABILE: se, dopo un piccolo spostamento dalla sua posizione di equilibrio, tende a ritornarvi; una piccola variazione delle condizioni iniziali provoca un richiamo del sistema verso il punto di equilibrio.

EQUILIBRIO INSTABILE: spostato di poco dalla
sua posizione di equilibrio, tende ad allontanarsi ancora di più.
È quindi sufficiente una piccolissima perturbazione perché il sistema si allontani dalla posizione iniziale alla ricerca di una nuova condizione di equilibrio.

EQUILIBRIO INDIFFERENTE: per qualsiasi
piccolo spostamento dalla sua posizione di equilibrio, rimane stabilmente nella nuova posizione, senza tornare a quella iniziale e
senza allontanarsi ulteriormente.

EQUILIBRIO METASTABILE: in tempi diversi due perturbazioni, la prima di modesta entità e la seconda di notevole entità, alla scomparsa della
perturbazione di modesta entità, il sistema ritorna allo stato di equilibrio originario mentre alla scomparsa della perturbazione di notevole entità, non ritorna più nello stato di equilibrio originario.

Question 26

STATO TERMODINAMICO DEL FLUIDO

Answer 26

Due grandezze indipendenti. Attraverso queste due grandezze posso conoscere la 3a.

« Lo stato di un sistema semplice comprimibile è completamente determinato da due proprietà intensive indipendenti ».

Difatti, si considerano tre grandezze di stato, essendo solo due quelle assegnabili indipendentemente, esiste sicuramente fra di loro una relazione del tipo:

𝑭(𝒑,𝑽, 𝑻) = 𝟎 –> Equazione di stato del fluido

PIANO DI CLEPEYRON - rappresentazione di un punto in un diagramma pressione-volume.

Question 27

Se non c’è EQUILIBRIO…

Answer 27

TRASFORMAZIONE TERMODINAMICA ( Compie lavoro o trasferisce calore) - Non può essere un sistema isolato, cambia energia con l’ambiente.

La trasformazione fa passare a un nuovo stato di equilibrio.

Trasformazione = linea che connette tutti i stati in Piano di Clepeyron.

Question 28

Trasformazione QUASI STATICA

Answer 28

Trasformazione molto lenta che permette al sistema di modificare le sue proprietà lentamente, di maniera omogenea in tutto il suo volume. Successione di stati di equilibrio.

Question 29

Trasformazione APERTA

Answer 29

un processo continuo che porta il sistema da uno stato iniziale A ad uno stato finale B diverso da A.

Question 30

Trasformazione CHIUSA (ciclica)

Answer 30

un processo continuo che riporta il sistema allo stato iniziale dopo avergli fatto attraversare una serie di stati tra loro diversi.

Question 31

Il lavoro è una funzione di stato?

Answer 31

NO! Dipende dal percorso per arrivare ad uno stato, non solo dallo stato.

Question 32

CICLO TERMODINAMICO

Answer 32

Si definisce ciclo termodinamico
una sequenza di trasformazioni
termodinamiche eseguite in modo
che lo stato iniziale del gas
coincida con lo stato finale.

Il lavoro nel diagramma di Clapeyron è individuato dall’area interna alla figura individuata dalle trasformazioni

Question 33

Trasformazione di un gas.
Disegnare tutti i tipi di trasformazione nel diagramma di Clepeyron

Answer 33

F (p,V,T) = 0

(pAvA)/tA = (pBvB)/tB

Trasformazione Isobara — v/t = cost
Trasformazione Isocora — p/t =cost
Trasformazione Isoterma — p*v =cost - Iperbole
Trasformazione Adiabatica — dQ = 0
Trasformazione Adinamica — dL = 0

Question 34

Principio ZERO della Termodinamica

Answer 34

«Se due sistemi termodinamici m ed n sono in equilibrio termico con un terzo sistema p, essi sono anche in equilibrio termico tra di loro.»

Questo pero, non significa che questi sistemihanno lo stesso stato termodinamico ma che non c’è scambio termico dato che hanno la stessa temperatura.

La temperatura è un INDICE DELLO STATO TERMICO DI UN CORPO che descrive l’attitudine di esso a scambiare calore con altri corpi.

TEMP KELVIN (ZERO ASSOLUTO) = TEMP CELSIUS + 273,15