9. termodinamica Flashcards
Che cosa studia la termodinamica?
La termodinamica studia l’interconversione del calore e di altre forme di energia in un particolare sistema, che è inserito in un ambiente.
Lo scambio di energia avviene sotto forma o di calore o di lavoro.
Energia, calore e lavoro si misurano con la stessa unità di misura (J), ovvero sono tre aspetti diversi della stessa cosa.
Il sistema, ovvero la reazione chimica, può essere
- aperto, se scambia sia materia sia energia
- chiuso, se scambia solo energia
- isolato, se non scambia materia né energia.
Il sistema isolato per eccellenza è l’universo.
Energia, calore e lavoro
L’energia è la capacità di un sistema di compiere lavoro.
Il calore è il trasferimento di energia termica tra due corpi a temperature diverse.
Il lavoro è l’energia trasferita tra il sistema e l’ambiente come risultato di una forza che opera su una distanza.
Funzioni di stato (termodinamica)
Le funzioni di stato sono proprietà determinate dallo stato del sistema e non da come sono state ottenute.
Dipendono solo dallo stato iniziale e dallo stato finale, non dagli stati intermedi.
Energia potenziale, energia interna, pressione, volume, temperatura sono funzioni di stato.
Il calore e il lavoro NON sono funzioni di stato, poiché dipendono dallo spostamento.
Però, la loro somma, ovvero la variazione di energia interna, lo è: ΔU = Q + L. Questo perché la variazione di energia interna è la stessa, indipendentemente dal modo in cui viene trasferito il calore.
Energia interna
L’energia interna è la somma di tutte le energie di tutti gli atomi del sistema.
Non può essere misurata. Si misura invece la variazione di energia interna ΔU come somma di calore e lavoro: ΔU = Q + L.
Quindi,
- se il sistema scambia calore e lavoro: ΔU = Q + L
- se il sistema scambia solo calore: ΔU = Q
- se il sistema scambia solo lavoro: ΔU = L.
Primo principio della termodinamica
Il contenuto di energia dell’Universo è costante.
L’energia può essere convertita da una forma a un’altra ma il suo contenuto totale è costante, non può essere creata né distrutta.
L’energia totale dell’Universo è la somma dell’energia dell’ambiente e dell’energia del sistema: ΔU(Universo) = ΔU(ambiente) + ΔU(sistema).
In che modo il lavoro effettuato da un sistema è legato al volume?
Si immagini un cilindro chiuso con un pistone mobile contenente del gas.
Se si riscalda il gas, esso si espande spingendo verso l’alto il pistone fino a quando la pressione interna del gas eguaglia la pressione dell’ambiente esterno.
Il lavoro compiuto dal gas contro il pistone è pari al prodotto della forza per la distanza lungo quale essa è applicata: L = FΔs.
Poiché la pressione è il rapporto tra la forza e l’area su cui essa è applicata, P = F/A, F = PA e quindi L = PAΔs. Ma AΔs è pari alla variazione di volume del gas ΔV e quindi L = PΔV.
In questo caso il lavoro ha segno negativo perché è stato effettuato dal sistema sull’ambiente.
Quando invece il lavoro è effettuato dall’ambiente sul sistema, ha segno positivo.
Inoltre, le particelle di gas, urtando le pareti del cilindro, trasferiranno loro un po’ della propria energia cinetica sotto forma di energia termica, riscaldandole. Infatti, nella realtà quasi sempre l’energia si trasforma sia in calore sia in lavoro.
