5. Sistemi Chiusi Flashcards
Stato Termodinamico
Lo stato termodinamico di un sistema è definito come l’insieme
delle proprietà che caratterizzano il sistema stesso descritte da
grandezze di stato.
Trasformazione quasi-statica
Trasformazione costituita da una successione molto grande di stati di equilibrio che differiscono pochissimo da quello precedente. Durante la trasformazione le condizioni sono omogenee in qualsiasi punto del sistema.
Sono rappresentate nel piano p−V da una linea continua che unisce lo stato iniziale con lo stato finale.
Trasformazione reale
In un sistema termodinamico, trasformazione tra due stati di equilibrio dove le condizioni NON SONO OMOGENEE in tutti punti del sistema.
Durante il passaggio da A a B, all’interno del sistema si creano delle correnti e dei vortici che generano valori diversi di la pressione o temperatura in diverse zone del sistema.
Fuso
Nel grafico pressione-volume, la trasformazione reale viene rappresentata con un area.
Solo lo stato iniziale A e finale B sono ben definiti. Il fuso è la porzione nella fase intermedia che corrisponde a tutti i valori di pressione e temperatura che sono stati presenti all’interno del sistema (intutti punti) durante la trasformazione.
Lavoro
Forma di energia (meccanica) che si trasmette tra due sistemi o il sistema e l’ambiente per effetto dell’azione di una forza (pressione) con risultante non nulla generando uno spostamento nel proprio punto di applicazione
Lavoro di variazione di volume
Lavoro meccanico più comune associato all’espansione o compressione di sostanze.
In sistema cilindro-pistone al cui è contenuto un gas permettendo spostamenti quasi statici 𝑑𝑠…
il lavoro elementare (𝜹𝑳)
𝜹𝑳 = 𝐹 𝑑𝑠 = 𝑝 𝐴 𝑑𝑠 = 𝑝 𝑑V
lavoro totale di variazione di volume durante tutta la trasformazione 𝐿v
Lv= ∫p𝑑V [kJ]
dove p = f (V) e il lavoro compiuto da una trasformazione quasi statica è l’area sottesa dalla funzione.
Lavoro dipende da:
- percorso seguito
-dagli stati iniziale e finale.
LAVORO NETTO = LAVORO COMPIUTO DAL SISTEMA - LAVORO COMPIUTO SUL SISTEMA
Motore da autotrazione
Gas in espansione per aumento di temperature → Compie lavoro per aumento di V → vince attrito → spinge aria durante l’espansione al esterno del pistone → fa ruotare albero
𝐿𝑣 = 𝐿𝑎𝑡𝑡𝑟 + 𝐿𝑎𝑡𝑚 + 𝐿𝑎𝑙b = ∫( 𝐹𝑎𝑡𝑡𝑟 + 𝑝𝑎𝑡𝑚 𝐴 + 𝐹𝑎𝑙𝑏 ) 𝑑𝑥
Fattr → genera calore
Falb → certa funzione
Trasformazione Politropica
Trasformazione durante la quale p e V sono correlati dalla relazione 𝒑𝑽 = C (dunque 𝑝 = 𝐶𝑉−𝑛)
Il bilancio energetico per SISTEMI CHIUSI
𝐸𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 − 𝐸𝑢𝑠𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [ kJ ]
Con riferimento all’unità di tempo:
𝐸°𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 − 𝐸°𝑢𝑠𝑐𝑒𝑛𝑡𝑒 = ∆𝐸°𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [ kW ]
e specifica
𝑒𝑖𝑛 − 𝑒𝑜𝑢𝑡 = ∆𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 [ kJ /kg ]
PER SISTEMI CHIUSI E CICLI CHIUSI…
∆𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 = 𝐸1 − 𝐸2 = 0
L𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝑂𝑈𝑇 = 𝑄𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜,𝐼N
Il calore specifico
Proprietà caratteristiche di una sostanza. Esso corrisponde alla
quantità di calore (o di energia) necessaria per innalzare, o
diminuire, di un valore assegnato (1°C o 1K) la temperatura di una quantità fissata di sostanza (1 kg). Capacità di un corpo ad immagazzinare energia termica.
Comunemente si misura in [𝑘𝐽 / 𝑘𝑔*𝐾]
in SI [𝑘𝐽 / 𝑚𝑜𝑙 *K]
Calore Specifico a volume costante→ 𝒄𝒗
Calore Specifico a pressione costante → 𝒄𝒑
L’energia richiesta per innalzare la temperatura di un grado è più grande quando parliamo di un gas dato che questa sta compiendo lavoro per espandersi.
𝒄𝒑 > 𝒄𝒗 → A 𝐩 = 𝐜𝐨𝐬𝐭 si può espandere, quindi compie lavoro e richiede più energia che a 𝐕 = 𝐜𝐨𝐬𝐭
𝒄𝒗 𝑑𝑇 = 𝑑u
𝒄𝒗 =(𝜕𝑢 / 𝜕𝑇)v - Variazione dell’energia interna specifica per variazione di una unita di temp a volume specifico costante
𝒄𝒑 𝑑𝑇 = 𝒅h
𝒄𝒑 =(𝜕ℎ/𝜕𝑇)p - Variazione entalpia specifica per variazione di una unita di temp a pressione costante
𝑽 varia, quindi viene compiuto lavoro, pertanto va considerata una nuova grandezza, l’entalpia (𝒉), e non più solamente l’energia interna (𝑢)
ENTALPIA
1.) Forma di energia (J) combinazione di proprietà termodinamiche.
2.) Esprime la quantità di energia interna che un sistema termodinamico può scambiare con l’ambiente.
3.) L’Entalpia è una funzione di stato creata per convenienza che relazione quantità termodinamiche che normalmente compaiono insieme, energia interna e lavoro di pulsione che può compiere
𝑯 = 𝑈 + 𝑝𝑉 [𝐽]
𝒉 = 𝑢 + 𝑝𝑣 [𝐽/𝑔]
4.) Spesso utilizzata nei cambiamenti di fase, per descrivere le
caratteristiche di una materia o materiale ad accumulare più o
meno energia sotto forma di calore latente. Per passare di uno stato ad un altro si associa una quantità di entalpia diversa per rompere i legami delle molecole e passare da solido → liquido → gas
CALORI LATENTI
Quantità di scambio di calore impiegato per i cambiamenti di stato. Misurati a p=cost corrispondono alla variazione di entalpia del sistema.
PROCESSI ESOTERMICI (-)
GAS→SOLIDO = BRINAMENTO
GAS→LIQUIDO = LIQUEFAZIONE
LIQUIDO → SOLIDO = SOLIDIFICAZIONE
PROCESSI ENDOTERMICI (+)
SOLIDO→GAS = SUBLIMAZIONE
LIQUIDO → GAS = VAPORIZZAZIONE
SOLIDO → LIQUIDO = FUSIONE
ESPERIMENTO DI JOULE
Esperimento per dimostrare che l’energia interna (U) DIPENDE SOLO DALLA TEMPERATURA.
Temperatura rimasta costante, gas ha variato di volume e p è diminuita e non si è compiuto lavoro.
Per principio di conservazione dell’energia: la variazione d’energia interna è nulla e come l’unica grandezza che non è variata è la temperatura, vediamo che U solo dipende da T.
Quindi, se conosciamo temperatura di un gas perfetto, conosciamo anche la sua energia interna!
