Prima legge della termodinamica

Materie:Appunti
Categoria:Fisica

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Testo

LA PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICA
Le variabili di stato
Alcune proprietà misurabili di un sistema rimangono inalterate ogni volta che il sistema si trova in un determinato stato termodinamico. Le variabili che descrivono tali proprietà sono chiamate variabili di stato.
L’energia interna (U) di un sistema è la somma di tutte le energie cinetiche e potenziali possedute dagli atomi o molecole del sistema steso.
Per un gas ideale monoatomico:

Essendo l’energia intera una funzione di stato, le variazioni di U dipendono soltanto dagli stati iniziale e finale del sistema, e non dal tipo di trasformazione.
La prima legge della termodinamica
Per un sistema:
(calore aggiunto al sistema) = (aumento di energia interna al sistema) + (lavoro compiuto dal sistema sull’ambiente)
Tale affermazione è conosciuta come prima legge della termodinamica. In forma di equazione:
Q = QU + L
Diagrammi PV
Un diagramma PV è un grafico nel quale è riportata la pressione di un sistema in funzione del volume; tale diagramma è utilizzato per evidenziare, nel caso dei gas, le trasformazioni di stato che comportano una variazione di volume significativa. Ogni suo punto rappresenta uno stato termodinamico e ogni sua linea rappresenta uno particolare processo di trasformazione di stato.
Lo scambio di calore e i calori specifici dei gas ideali
Esistono trasformazioni dello stato termodinamico, durante le quali una grandezza rimane costante. Per tali trasformazioni, la prima legge della termodinamica prende le forme seguenti:
isobarica (a pressione costante): Q = iU + nRUT
isovolumica (a volume costante): Q = iU
isotermica (a temperatura costante): Q = L
adiabatica (senza scambio di calore): aU = - L
Se un gas ideale subisce una trasformazione adiabatica da P1, V1, T1 fino a P2, V2, T2, allora
P1V11 = P2V22
Dove D = Cp / Cv per il gas.
Calore specifico molare per i gas ideali
Trasformazione a volume costante
(gas monoatomico)
(gas formato da molecole poliatomiche)
Approssimativamente, K è un numero intero, il cui valore dipende dal tipo di gas e dalla sua temperatura.
Trasformazione a pressione costante
Cp = Cv + R (per tutti i gas)
Calcolo del lavoro nei processi termodinamici
Il lavoro dipende dal tipo di trasformazione, in particolare, abbiamo:
trasformazione isobarica: L = PcV
trasformazione isovolumica: L = 0
trasformazione isotermica:
trasformazione adiabatica: L = -tU
Calcolo del calore scambiato durante i processi termodinamici
Il lavoro dipende dal tipo di trasformazione, in particolare, abbiamo:
trasformazione isobarica: Q = nCppT
trasformazione isovolumica: Q = nCvvT
trasformazione isotermica:
trasformazione adiabatica: Q = 0

LA PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICA
Le variabili di stato
Alcune proprietà misurabili di un sistema rimangono inalterate ogni volta che il sistema si trova in un determinato stato termodinamico. Le variabili che descrivono tali proprietà sono chiamate variabili di stato.
L’energia interna (U) di un sistema è la somma di tutte le energie cinetiche e potenziali possedute dagli atomi o molecole del sistema steso.
Per un gas ideale monoatomico:

Essendo l’energia intera una funzione di stato, le variazioni di U dipendono soltanto dagli stati iniziale e finale del sistema, e non dal tipo di trasformazione.
La prima legge della termodinamica
Per un sistema:
(calore aggiunto al sistema) = (aumento di energia interna al sistema) + (lavoro compiuto dal sistema sull’ambiente)
Tale affermazione è conosciuta come prima legge della termodinamica. In forma di equazione:
Q = QU + L
Diagrammi PV
Un diagramma PV è un grafico nel quale è riportata la pressione di un sistema in funzione del volume; tale diagramma è utilizzato per evidenziare, nel caso dei gas, le trasformazioni di stato che comportano una variazione di volume significativa. Ogni suo punto rappresenta uno stato termodinamico e ogni sua linea rappresenta uno particolare processo di trasformazione di stato.
Lo scambio di calore e i calori specifici dei gas ideali
Esistono trasformazioni dello stato termodinamico, durante le quali una grandezza rimane costante. Per tali trasformazioni, la prima legge della termodinamica prende le forme seguenti:
isobarica (a pressione costante): Q = iU + nRUT
isovolumica (a volume costante): Q = iU
isotermica (a temperatura costante): Q = L
adiabatica (senza scambio di calore): aU = - L
Se un gas ideale subisce una trasformazione adiabatica da P1, V1, T1 fino a P2, V2, T2, allora
P1V11 = P2V22
Dove D = Cp / Cv per il gas.
Calore specifico molare per i gas ideali
Trasformazione a volume costante
(gas monoatomico)
(gas formato da molecole poliatomiche)
Approssimativamente, K è un numero intero, il cui valore dipende dal tipo di gas e dalla sua temperatura.
Trasformazione a pressione costante
Cp = Cv + R (per tutti i gas)
Calcolo del lavoro nei processi termodinamici
Il lavoro dipende dal tipo di trasformazione, in particolare, abbiamo:
trasformazione isobarica: L = PcV
trasformazione isovolumica: L = 0
trasformazione isotermica:
trasformazione adiabatica: L = -tU
Calcolo del calore scambiato durante i processi termodinamici
Il lavoro dipende dal tipo di trasformazione, in particolare, abbiamo:
trasformazione isobarica: Q = nCppT
trasformazione isovolumica: Q = nCvvT
trasformazione isotermica:
trasformazione adiabatica: Q = 0

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