Termodinamica

Materie:Appunti
Categoria:Fisica

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Testo

Termodinamica
La Termodinamica studia le leggi con cui i corpi scambiano lavoro e calore con l’ambiente che li circonda. Essa è fondata su due principi fondamentali:
• Primo principio: è l’estensione del principio di conservazione dell’energia, nel caso in cui si consideri anche il calore.
• Secondo principio: pone delle limitazioni sulla possibilità di trasformare il calore in lavoro.
Il sistema principale della Termodinamica è quello del gas perfetto, caratterizzato da tre parametri, cioè pressione, volume e temperatura, che sono legati tra loro dalla relazione PV =NKT. Il sistema è in equilibrio quando sono note le tre grandezze fisiche che non cambiano nel tempo. Il gas può subire delle trasformazioni di stato termodinamico, può cioè passare da uno stato all’altro.
• TRASFORMAZIONE ISOBARA: espansione di un gas a pressione costante. Il gas passa dallo stato A allo stato B aumentando gradualmente il proprio volume.
• TRASFORMAZIONE ISOTERMA: la temperatura rimane costante.
• TRASFORMAZIONE ISOCORA: il volume rimane costante.
• TRASFORMAZIONE CICLICA: Si parte da uno stato e si arriva sempre allo stesso stato, quindi lo stato iniziale e finale coincidono. Le trasformazioni intermedie possono essere di questo tipo.
• TRASFORMAZIONE ADIABATICA: il sistema non scambia calore con l’esterno.
L’energia interna di un sistema termodinamico è la somma dell’energia cinetica di tutte le molecole e dell’energia potenziale totale; essa viene definita come una funzione di stato, quindi l’energia interna cambia sempre della stessa quantità. Ad ogni valore dell’energia interna di un sistema corrisponde una ed una sola terna di grandezze (pressione, volume, temperatura).
Espansione isobarica: la forza esercitata da un gas sul pistone è uguale a F = ps; è il lavoro compiuto dal gas quando si espande.
Primo principio della Termodinamica:
Il calore scambiato da un sistema termodinamico si trasferisce in parte in lavoro meccanico in parte in energia interna.
La variazione di energia interna è direttamente proporzionale alla temperatura: ΔU÷Δt.
Q = W + ΔU
Con il simbolo Q si indica la quantità di calore che il sistema scambia con l’esterno; se Q è positivo il sistema assorbe calore, se è negativo lo cede all’ambiente. Con W si indica il lavoro meccanico; se W è positivo il lavoro è compiuto sul sistema, mentre se W è negativo è il sistema che compie un lavoro sull’ambiente esterno.
Schema di una macchina termica:
Tmax
QA
==> W = QA - QCQ
QC
Tmin
Qc è sempre negativo quindi:
W = QA + QC.
La macchina termica assorbe il calore da una sorgente calda, compie del lavoro meccanico e cede calore ad una sorgente fredda. Qa indica il calore assorbito, Qc il calore ceduto, MT la macchine termica e W il lavoro.
Schema di una macchina frigorifera:
La macchina frigorifera assorbe calore da una sorgente fredda, cede calore a una sorgente calda. Perché essa possa funzionare è necessario un lavoro esterno.
Dato che Qc è sempre negativo allora:
W = - QC - QA
Tmax
QC
==> W = QCQ - QAQ
QA
Tmin

Secondo principio della Termodinamica:
E’ sempre possibile trasformare il lavoro meccanico in calore ma non viceversa.
• Prima formulazione o enunciato di Kelvin: è impossibile realizzare un trasferimento il cui unico risultato sia quello di assorbire una determinata quantità di calore da una sorgente e trasformarla integralmente in lavoro. Una macchina termica deve almeno cedere un po’ di calore all’ambiente esterno.
• Seconda formulazione o enunciato di Clausius: è impossibile realizzare un trasferimento il cui risultato sia quello di far passare calore da un corpo più freddo a un corpo più caldo. In sostanza l’enunciato afferma che il calore non passa spontaneamente dai corpi freddi a quelli caldi. Il flusso spontaneo del calore tende a livellare le temperature e mai ad accentuare le differenze.
• Rendimento di una macchina termica e terzo enunciato: nQCQ QAQ
==> M = W/QA
==> M = (QA – QC)/ QA
==> 1 – QC/ QA / 1
Siccome QC è minore di QA, QC/QA è minore di 1, quindi:
==> 1 – QC/ QA /1
==> M M 1
Terza formulazione: il rendimento di una macchina termica è sempre minore di 1.
Il rendimento è una grandezza che misura l’efficienza con cui una macchina termica converte il calore in lavoro.Carnet ha studiato il ciclo di massimo rendimento evidenziando la seguente formula:
Mcarnot = 1 – ( Tmin / Tmax )

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Termodinamica
La Termodinamica studia le leggi con cui i corpi scambiano lavoro e calore con l’ambiente che li circonda. Essa è fondata su due principi fondamentali:
• Primo principio: è l’estensione del principio di conservazione dell’energia, nel caso in cui si consideri anche il calore.
• Secondo principio: pone delle limitazioni sulla possibilità di trasformare il calore in lavoro.
Il sistema principale della Termodinamica è quello del gas perfetto, caratterizzato da tre parametri, cioè pressione, volume e temperatura, che sono legati tra loro dalla relazione PV =NKT. Il sistema è in equilibrio quando sono note le tre grandezze fisiche che non cambiano nel tempo. Il gas può subire delle trasformazioni di stato termodinamico, può cioè passare da uno stato all’altro.
• TRASFORMAZIONE ISOBARA: espansione di un gas a pressione costante. Il gas passa dallo stato A allo stato B aumentando gradualmente il proprio volume.
• TRASFORMAZIONE ISOTERMA: la temperatura rimane costante.
• TRASFORMAZIONE ISOCORA: il volume rimane costante.
• TRASFORMAZIONE CICLICA: Si parte da uno stato e si arriva sempre allo stesso stato, quindi lo stato iniziale e finale coincidono. Le trasformazioni intermedie possono essere di questo tipo.
• TRASFORMAZIONE ADIABATICA: il sistema non scambia calore con l’esterno.
L’energia interna di un sistema termodinamico è la somma dell’energia cinetica di tutte le molecole e dell’energia potenziale totale; essa viene definita come una funzione di stato, quindi l’energia interna cambia sempre della stessa quantità. Ad ogni valore dell’energia interna di un sistema corrisponde una ed una sola terna di grandezze (pressione, volume, temperatura).
Espansione isobarica: la forza esercitata da un gas sul pistone è uguale a F = ps; è il lavoro compiuto dal gas quando si espande.
Primo principio della Termodinamica:
Il calore scambiato da un sistema termodinamico si trasferisce in parte in lavoro meccanico in parte in energia interna.
La variazione di energia interna è direttamente proporzionale alla temperatura: ΔU÷Δt.
Q = W + ΔU
Con il simbolo Q si indica la quantità di calore che il sistema scambia con l’esterno; se Q è positivo il sistema assorbe calore, se è negativo lo cede all’ambiente. Con W si indica il lavoro meccanico; se W è positivo il lavoro è compiuto sul sistema, mentre se W è negativo è il sistema che compie un lavoro sull’ambiente esterno.
Schema di una macchina termica:
Tmax
QA
==> W = QA - QCQ
QC
Tmin
Qc è sempre negativo quindi:
W = QA + QC.
La macchina termica assorbe il calore da una sorgente calda, compie del lavoro meccanico e cede calore ad una sorgente fredda. Qa indica il calore assorbito, Qc il calore ceduto, MT la macchine termica e W il lavoro.
Schema di una macchina frigorifera:
La macchina frigorifera assorbe calore da una sorgente fredda, cede calore a una sorgente calda. Perché essa possa funzionare è necessario un lavoro esterno.
Dato che Qc è sempre negativo allora:
W = - QC - QA
Tmax
QC
==> W = QCQ - QAQ
QA
Tmin

Secondo principio della Termodinamica:
E’ sempre possibile trasformare il lavoro meccanico in calore ma non viceversa.
• Prima formulazione o enunciato di Kelvin: è impossibile realizzare un trasferimento il cui unico risultato sia quello di assorbire una determinata quantità di calore da una sorgente e trasformarla integralmente in lavoro. Una macchina termica deve almeno cedere un po’ di calore all’ambiente esterno.
• Seconda formulazione o enunciato di Clausius: è impossibile realizzare un trasferimento il cui risultato sia quello di far passare calore da un corpo più freddo a un corpo più caldo. In sostanza l’enunciato afferma che il calore non passa spontaneamente dai corpi freddi a quelli caldi. Il flusso spontaneo del calore tende a livellare le temperature e mai ad accentuare le differenze.
• Rendimento di una macchina termica e terzo enunciato: nQCQ QAQ
==> M = W/QA
==> M = (QA – QC)/ QA
==> 1 – QC/ QA / 1
Siccome QC è minore di QA, QC/QA è minore di 1, quindi:
==> 1 – QC/ QA /1
==> M M 1
Terza formulazione: il rendimento di una macchina termica è sempre minore di 1.
Il rendimento è una grandezza che misura l’efficienza con cui una macchina termica converte il calore in lavoro.Carnet ha studiato il ciclo di massimo rendimento evidenziando la seguente formula:
Mcarnot = 1 – ( Tmin / Tmax )

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