Termodinamica

Materie:Riassunto
Categoria:Fisica

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Testo

Equazione di stato dei gas perfetti:il prodotto fra la pressione p di un gas perfetto e il volume V da esso occupato è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta T e al numero n di moli del gas: pV=nRT ----R=costante universale dei gas

kB costante di boltzman:uguale per tutti i gas e definita come rapporto tra la costante R dei gas e il numero Na di Avogadro: 1,38*10(-23) J/K

La pressione esercitata da un gas sulle pareti del suo contenitore è il risultato dei ripetuti urti delle molecole contro il contenitore. [con l’urto la componente x della velocità si inverte perciò la componente x della quantità di moto subisce una variazione (Qx=-mvX-mvX=-2mvX

Stati di aggregazione della materia
solidi:
hanno forma e volume propri,
sono resistenti alle deformazioni,
sono difficilmente comprimibili
hanno una struttura cristallina
liquidi:
hanno volume definito
assumono la forma del recipiente che li contiene
e molecole possono scorrere a gruppi mescolandosi continuamente
gas:
occupano completamente il volume disponibile
sono facilmente comprimibili
le molecole si muovono liberamente in tutte le direzioni in modo disordinato
plasma:
stato più diffuso della materia stellare
costituito da una miscela di atomi neutri e di particelle ionizzate e si forma quando gli atomi si scindono nei propri componenti (buclei, elettroni, ioni ecc.)
Lo stato di aggregazione non è una proprietà caratteristica di una sostanza, ma dipende da un insieme di fattori, fra i quali la temperatura e la pressione.

Esistono inoltre molte sostanze che non si inquadrano nel generale schema di aggregazione (es. il vetro può essere considerato un solido o un liquido ad elevatissima viscosità. È detto solido amorfo perché ha le caratteristiche di un solido ma non la struttura cristallina.)

cristalli liquidi o mesofasi:
composti da molecole organiche di forma allungata
si presentano in uno stadio intermedio fra quello dei solidi cristallini e quello dei liquidi
assumono la forma del recipiente
ordinata configurazione microscopica dei cristalli
alcuni cristalli liquidi 'colesterici' possono cambiare colore in base alla temperatura e alla pressione

Principio di equipartizione dell’energia: in un sistema in equilibrio termico alla temperatura assoluta T,a ogni grado di libertà del moto molecolare corrisponde un’energia cinetica media per molecola pari a 1/2kBT --- kB:costante di boltzmann

cambiamento di stato e calori latenti
fusione:
passaggio dallo stato solido a liquido
origina un forte indebolimento delle forze intermolecolari, conseguentemente a ciò le molecole hanno più libertà di movimento
le sostanze che allo stato solido presentano una struttura cristallina:
a una determinata pressione ogni sostanza cristallina, chimicamente definita, presenta una caratteristica temperatura di fusione, che coincide con la temperatura di solidificazione
sia durante la fusione che la solidificazione la temperatura è costante
la temperatura di fusione (solidificazione) varia con la pressione:
per le sostanze che fondendo aumentano il volume un aumento di pressione determina l'innalzamento della temperatura di fusione, invece per le sostanze che fondendo diminuiscono il volume un aumento di pressione determina un abbassamento del punto di fusione

solidificazione: passaggio dallo stato liquido a quello solido

Perché una sostanza allo stato solido possa fondere, è necessario fornire ad essa una certa quantità di calore. La quantità di calore che deve essere fornita o sottratta è direttamente proporzionale alla massa della sostanza, il coefficiente di proporzionalità dipende dal tipo di materiale e dalla natura del cambiamento di fase, ed è detto calore latente.

Calore scambiato in un cambiamento di fase di una sostanza
il calore che deve essere fornito o sottratto per produrre una transizione di fase completa di una massa di una sostanza, mantenuta a pressione costante e portata alla temperatura caratteristica della transizione, è : Q= mL Q= calore; m massa; L=calore latente

La fusione e la solidificazione, come tutte le transizioni che sono inverse una dall'altra, per una stessa sostanza hanno lo stesso calore latente detto calore latente di fusione (o solidificazione)
Il calore latente (di trasformazione) è la quantità di energia per unità di massa necessaria per ottenere una transizione di fase di una sostanza.
- di fusione: il processo di trasformazione dallo stato solido allo stato liquido. La temperatura a cui avviene il cambiamento di stato si chiamata punto di fusione.

Il calore scambiato in un cambiamento di fase di una sostanza:il calore Q che deve essere fornito o sottratto per produrre una transizione di fase completa di una massa m di una sostanza ,mantenuta a pressione costante e portata alla temperatura caratteristica della transizione,è: Q=mL dove L è il calore latente

Trasformazioni: P pressione, V volume
- isoterme: avvengono a temperatura costante; PxV= costante
- isobare: pressione costante: P=costante
- isocore: avvengono a volume costante: V=costante

temperatura critica: la temperatura al di sopra della quale una sostanza non può esistere allo stato liquido
punto critico: è la condizione di temperatura e pressione critica alla quale la fase liquida della materia cessa di esistere. Nel momento in cui un liquido viene riscaldato, la sua densità decresce, mentre la densità del vapore incrementa. Le densità del liquido e del vapore si avvicinano sempre di più fino ad una temperatura critica, dove le due densità sono equivalenti e la linea o il limite di fase gas-liquido scompare.
Isoterma critica:è l’isoterma corrispondente alla temperatura critica

fusione: passaggio dallo stato solido allo stato liquido
solidificazione: liquido -→ solido
vaporizzazione: liquido -→ vapore; può avvenire per: evaporazione: interessa solo la superficie del liquido, o per ebollizione: tutta la massa del liquido
sublimazione: solido -→ aeriforme

un vapore si dice SATURO quando la fase liquida coesiste in equilibrio con quella aeriforme
punto di ebollizione:a una data pressione e ben definita temperatura il liquido bolle
calore latente di evaporazione:la quantità di calore necessaria per far vaporizzare a pressione costante 1Kg di un liquido

La termodinamica è quella branca della fisica che descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito ad un processo di scambio di energia con altri sistemi o con l'ambiente esterno.
1 cal = 4,186J
J= costante di proporzionalità: equivalente meccanico del calore

PRIMO PRINCIPIO:per ogni sistema termodinamico,qualunque sia la trasformazione che esso subisce,la variazione (U dell’energia interna è uguale alla differenza fra quantità di calore Q che il sistema assorbe dall’esterno e il lavoro L che il sistema compie verso l’esterno: (U= Q-L
--- [ Moto perpetuo di prima specie:un processo capace di generare lavoro continuativo senza spendere una equivalente quantità di energia -impossibile secondo il primo principio ]

rasformazioni reversibili e irreversibili
trasformazione termodinamica ogni volta che lo stato di un sistema viene modificato a causa dell'ambiente
reversibile: se è possibile annullare completamente le sue conseguenze
irreversibile: il caso contrario

termostato o sorgente di calore: sistema fisico capace di cedere o assorbire una qualsiasi quantità di calore senza mutare la propria temperatura.

Trasformazioni termodinamiche reversibili
u n processo termodinamico costituisce una trasformazione reversibile se è composto da una successione di stati di equilibrio, in cui ogni stato si distingue dal precedente e dal successivo per differenze infinitesime dei valori dei parametri termodinamici. Se trasformiamo un sistema reversibilmente da uno stato iniziale A a uno stato finale B, possiamo poi riportare il sistema da B ad A attraverso la stessa successione di stati percorsi in ordine inverso.

Lavoro termodinamico
il lavoro compiuto da un gas in una certa trasformazione reversibile è sempre dato dall'area della sottesa alla curva che rappresenta la trasformazione nel piano, cioè dall'area compresa fra la curva, l'asse dei volumi e le ordinate estreme alla curva. Il lavoro di un gas nell'ambiente è sempre positio durante un'espansione e negativo durante una compressione.
Il lavoro dipende non slo dallo stato iniziale e da quello finale, ma anche da quelli intermedi, cioè dalla particolare trasformazione seguita.

Trasformazioni cicliche: in cui lo stato finale coincide con quello iniziale.
Trasf isoterma reversibile di un gas perfetto
trasf isobara reversibile L=p*( Vb-Va) = n*R*(Tb-Ta)
trasf isocora L=0

Equazione di stato dei gas perfetti:il prodotto fra la pressione p di un gas perfetto e il volume V da esso occupato è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta T e al numero n di moli del gas: pV=nRT ----R=costante universale dei gas

kB costante di boltzman:uguale per tutti i gas e definita come rapporto tra la costante R dei gas e il numero Na di Avogadro: 1,38*10(-23) J/K

La pressione esercitata da un gas sulle pareti del suo contenitore è il risultato dei ripetuti urti delle molecole contro il contenitore. [con l’urto la componente x della velocità si inverte perciò la componente x della quantità di moto subisce una variazione (Qx=-mvX-mvX=-2mvX

Stati di aggregazione della materia
solidi:
hanno forma e volume propri,
sono resistenti alle deformazioni,
sono difficilmente comprimibili
hanno una struttura cristallina
liquidi:
hanno volume definito
assumono la forma del recipiente che li contiene
e molecole possono scorrere a gruppi mescolandosi continuamente
gas:
occupano completamente il volume disponibile
sono facilmente comprimibili
le molecole si muovono liberamente in tutte le direzioni in modo disordinato
plasma:
stato più diffuso della materia stellare
costituito da una miscela di atomi neutri e di particelle ionizzate e si forma quando gli atomi si scindono nei propri componenti (buclei, elettroni, ioni ecc.)
Lo stato di aggregazione non è una proprietà caratteristica di una sostanza, ma dipende da un insieme di fattori, fra i quali la temperatura e la pressione.

Esistono inoltre molte sostanze che non si inquadrano nel generale schema di aggregazione (es. il vetro può essere considerato un solido o un liquido ad elevatissima viscosità. È detto solido amorfo perché ha le caratteristiche di un solido ma non la struttura cristallina.)

cristalli liquidi o mesofasi:
composti da molecole organiche di forma allungata
si presentano in uno stadio intermedio fra quello dei solidi cristallini e quello dei liquidi
assumono la forma del recipiente
ordinata configurazione microscopica dei cristalli
alcuni cristalli liquidi 'colesterici' possono cambiare colore in base alla temperatura e alla pressione

Principio di equipartizione dell’energia: in un sistema in equilibrio termico alla temperatura assoluta T,a ogni grado di libertà del moto molecolare corrisponde un’energia cinetica media per molecola pari a 1/2kBT --- kB:costante di boltzmann

cambiamento di stato e calori latenti
fusione:
passaggio dallo stato solido a liquido
origina un forte indebolimento delle forze intermolecolari, conseguentemente a ciò le molecole hanno più libertà di movimento
le sostanze che allo stato solido presentano una struttura cristallina:
a una determinata pressione ogni sostanza cristallina, chimicamente definita, presenta una caratteristica temperatura di fusione, che coincide con la temperatura di solidificazione
sia durante la fusione che la solidificazione la temperatura è costante
la temperatura di fusione (solidificazione) varia con la pressione:
per le sostanze che fondendo aumentano il volume un aumento di pressione determina l'innalzamento della temperatura di fusione, invece per le sostanze che fondendo diminuiscono il volume un aumento di pressione determina un abbassamento del punto di fusione

solidificazione: passaggio dallo stato liquido a quello solido

Perché una sostanza allo stato solido possa fondere, è necessario fornire ad essa una certa quantità di calore. La quantità di calore che deve essere fornita o sottratta è direttamente proporzionale alla massa della sostanza, il coefficiente di proporzionalità dipende dal tipo di materiale e dalla natura del cambiamento di fase, ed è detto calore latente.

Calore scambiato in un cambiamento di fase di una sostanza
il calore che deve essere fornito o sottratto per produrre una transizione di fase completa di una massa di una sostanza, mantenuta a pressione costante e portata alla temperatura caratteristica della transizione, è : Q= mL Q= calore; m massa; L=calore latente

La fusione e la solidificazione, come tutte le transizioni che sono inverse una dall'altra, per una stessa sostanza hanno lo stesso calore latente detto calore latente di fusione (o solidificazione)
Il calore latente (di trasformazione) è la quantità di energia per unità di massa necessaria per ottenere una transizione di fase di una sostanza.
- di fusione: il processo di trasformazione dallo stato solido allo stato liquido. La temperatura a cui avviene il cambiamento di stato si chiamata punto di fusione.

Il calore scambiato in un cambiamento di fase di una sostanza:il calore Q che deve essere fornito o sottratto per produrre una transizione di fase completa di una massa m di una sostanza ,mantenuta a pressione costante e portata alla temperatura caratteristica della transizione,è: Q=mL dove L è il calore latente

Trasformazioni: P pressione, V volume
- isoterme: avvengono a temperatura costante; PxV= costante
- isobare: pressione costante: P=costante
- isocore: avvengono a volume costante: V=costante

temperatura critica: la temperatura al di sopra della quale una sostanza non può esistere allo stato liquido
punto critico: è la condizione di temperatura e pressione critica alla quale la fase liquida della materia cessa di esistere. Nel momento in cui un liquido viene riscaldato, la sua densità decresce, mentre la densità del vapore incrementa. Le densità del liquido e del vapore si avvicinano sempre di più fino ad una temperatura critica, dove le due densità sono equivalenti e la linea o il limite di fase gas-liquido scompare.
Isoterma critica:è l’isoterma corrispondente alla temperatura critica

fusione: passaggio dallo stato solido allo stato liquido
solidificazione: liquido -→ solido
vaporizzazione: liquido -→ vapore; può avvenire per: evaporazione: interessa solo la superficie del liquido, o per ebollizione: tutta la massa del liquido
sublimazione: solido -→ aeriforme

un vapore si dice SATURO quando la fase liquida coesiste in equilibrio con quella aeriforme
punto di ebollizione:a una data pressione e ben definita temperatura il liquido bolle
calore latente di evaporazione:la quantità di calore necessaria per far vaporizzare a pressione costante 1Kg di un liquido

La termodinamica è quella branca della fisica che descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito ad un processo di scambio di energia con altri sistemi o con l'ambiente esterno.
1 cal = 4,186J
J= costante di proporzionalità: equivalente meccanico del calore

PRIMO PRINCIPIO:per ogni sistema termodinamico,qualunque sia la trasformazione che esso subisce,la variazione (U dell’energia interna è uguale alla differenza fra quantità di calore Q che il sistema assorbe dall’esterno e il lavoro L che il sistema compie verso l’esterno: (U= Q-L
--- [ Moto perpetuo di prima specie:un processo capace di generare lavoro continuativo senza spendere una equivalente quantità di energia -impossibile secondo il primo principio ]

rasformazioni reversibili e irreversibili
trasformazione termodinamica ogni volta che lo stato di un sistema viene modificato a causa dell'ambiente
reversibile: se è possibile annullare completamente le sue conseguenze
irreversibile: il caso contrario

termostato o sorgente di calore: sistema fisico capace di cedere o assorbire una qualsiasi quantità di calore senza mutare la propria temperatura.

Trasformazioni termodinamiche reversibili
u n processo termodinamico costituisce una trasformazione reversibile se è composto da una successione di stati di equilibrio, in cui ogni stato si distingue dal precedente e dal successivo per differenze infinitesime dei valori dei parametri termodinamici. Se trasformiamo un sistema reversibilmente da uno stato iniziale A a uno stato finale B, possiamo poi riportare il sistema da B ad A attraverso la stessa successione di stati percorsi in ordine inverso.

Lavoro termodinamico
il lavoro compiuto da un gas in una certa trasformazione reversibile è sempre dato dall'area della sottesa alla curva che rappresenta la trasformazione nel piano, cioè dall'area compresa fra la curva, l'asse dei volumi e le ordinate estreme alla curva. Il lavoro di un gas nell'ambiente è sempre positio durante un'espansione e negativo durante una compressione.
Il lavoro dipende non slo dallo stato iniziale e da quello finale, ma anche da quelli intermedi, cioè dalla particolare trasformazione seguita.

Trasformazioni cicliche: in cui lo stato finale coincide con quello iniziale.
Trasf isoterma reversibile di un gas perfetto
trasf isobara reversibile L=p*( Vb-Va) = n*R*(Tb-Ta)
trasf isocora L=0

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