2- Scienze termiche e principio zero della termodinamica Flashcards
Scienze Termiche
Scienze Fisiche che studiano l’energia e i fenomeni che ne regolano la trasmissione, il trasporto e la conversione
Termodinamica
La scienza dell’Energia.
Studia gli STATI DI EQUILIBRIO e le TRASFORMAZIONI tra di essi
Trasmissione del calore
Studia i sistemi che non sono in equilibrio
Energia
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
SISTEMA APERTO
Sistema che può interagire con l’ambiente esterno scambiando con esso sia energia (lavoro o calore) que materia.
SISTEMA CHIUSO
Sistema che NON scambia massa con l’ambiente durante un processo ma può scambiare energie in TUTTE le forme
SISTEMA ADIABATICO
Sistema chiuso che NON può scambiare CALORE con l’ambiente. SOLO LAVORO
Sistema Isolato
Sistema chiuso che non interagisce di nessun modo con l’ambiente. NO MASSA, NO LAVORO, NO CALORE
Q>0
Calore assorbito dal sistema
Q<0
Calore ceduto dal sistema
L>0
Lavoro compiuto dal sistema
L<0
Lavoro compiuto dall’ambienta sul sistema
Grandezze MICROSCOPICHE
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.
Grandezze MACROSCOPICHE
Le grandezze riferite al sistema nel suo complesso sono dette macroscopiche.
Stato termodinamico di un sistema
Insieme di proprietà che caratterizzano il sistema stesso descritte da grandezze (funzioni) di stato.
Grandezze (funzioni) di stato
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.
Stato di un sistema
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)
Sistema in equilibrio
Qualche funzioni di stato costanti
Per fissare uno stato…
è necessario fissare un numero di proprietà
caratteristiche. Tale numero è dato dal POSTULATO DI STATO.
Temperatura
La temperatura è una proprietà che caratterizza lo stato di un corpo in equilibrio termico con l’ambiente in cui si trova.
Volume
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.
Equilibrio Termico
Omogeneità di temperatura, non c’è flusso termico
Pressione
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.
EQUILIBRIO TERMODINAMICO di un sistema
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
Tipi di EQUILIBRIO
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.
STATO TERMODINAMICO DEL FLUIDO
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.
Se non c’è EQUILIBRIO…
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.
Trasformazione QUASI STATICA
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.
Trasformazione APERTA
un processo continuo che porta il sistema da uno stato iniziale A ad uno stato finale B diverso da A.
Trasformazione CHIUSA (ciclica)
un processo continuo che riporta il sistema allo stato iniziale dopo avergli fatto attraversare una serie di stati tra loro diversi.
Il lavoro è una funzione di stato?
NO! Dipende dal percorso per arrivare ad uno stato, non solo dallo stato.
CICLO TERMODINAMICO
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
Trasformazione di un gas.
Disegnare tutti i tipi di trasformazione nel diagramma di Clepeyron
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
Principio ZERO della Termodinamica
«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
