Processi ed Equilibri
Le descrizioni scientifiche
• In qualche modo riguardano dei mondi
schematizzati (che potremmo chiamare l’universo
meccanico, ottico, termodinamico ecc.)
In essi agiscono solo quegli elementi della realtà
naturale che costituiscono il centro di interesse.
Nella costruzione di tali mondi si è proceduto per
tentativi ed errori fino al raggiungimento di una
stabilità nella struttura concettuale.
I canali di acquisizione di
conoscenza sugli effetti termici
L'osservazione/interazione di un
soggetto con l'ambiente
Caratteristiche importanti per lo
studio dei fenomeni
Analisi qualitativa dei fenomeni
Il dislivello iniziale h può essere considerato quale causa del
fenomeno il cui effetto è il flusso del liquido tra i due
rami.
Variabili come la quantità di acqua, che può fluire fra i due rami,
sono chiamate “variabili estensive” in quanto, oltre alla
proprietà del fluire hanno la proprietà di additività:
mettendo insieme due oggetti aventi i valori X1 e X2 per
tale variabile si ottiene un sistema con il valore X1+X2 .
Variabili come il livello h sono dette “variabili intensive”. Esse
hanno la proprietà che una loro differenza (in questo
caso h) può produrre il flusso della variabile estensiva
coniugata in un processo che tende a cancellare tale
differenza. In situazione di equilibrio le variabili intensive
non mostrano differenze.
Il processo sarà descritto quantitativamente determinando la relazione funzionale che lega la
differenza nella variabile intensiva (qui h) al flusso della variabile estensiva (qui ) tale che se
h=0 =0.
h f () f (
dM
)
dt
Analisi qualitativa dei fenomeni
• Supponiamo, quindi, di porre in un
recipiente dell’acqua calda rispetto alla
temperatura ambiente. Muovendo il
termometro in vari punti all’interno del
liquido si osserverà che la temperatura, T,
varia nello spazio e nel tempo.
• Ovvero T = T(x, y, t)
• Per una posizione fissa l’andamento
temporale è descritto da una curva quale
quella mostrata in figura 4: le diverse curve
della figura corrispondono al
raffreddamento di una stessa quantità di
acqua in recipienti di materiali diverso. Tutte
le curve tendono nel tempo a raggiungere il
valore della temperatura dell’aria esterna al
recipiente.
Analisi qualitativa dei fenomeni
La differenza di temperatura (variabile intensiva)
T innesca un processo verso l’equilibrio
termico;
Tale equilibrio viene raggiunto attraverso il flusso di
calore tra i due sistemi a contatto. Si ha
quindi un flusso nella variabile estensiva
coniugata alla temperatura.
Il processo sarà descritto determinando la
relazione funzionale tale che se T=0 =0
.
N.B. Ricordando i principi della Termodinamica si
noti che il flusso di calore è costituito da flussi
accoppiati di energia e entropia.
Un altro esempio
• Il processo di scarica può essere
descritto dall’andamento in funzione del
tempo della differenza di potenziale
elettrico fra le due armature.
• Se l’effetto dell’induzione è rilevante
avremo
di
V Ri L
dt
In un caso un andamento esponenziale nell’altre un oscillazione
smorzata.
Sintetizzando
• Ricordando gli esperimenti dei vasi comunicanti per il processo
verso l’equilibrio di liquidi nel campo gravitazionale quello relativo ai
processi termici e quello della scarica del condensatore, possiamo
rilevare le analogie fra i vari processi:
• la causa del processo è data dalla differenza delle variabili intensive
(h/T/V);
• il processo consiste in un flusso di una variabile estensiva
(massa/energia/carica);
• il processo termina una situazione di equilibrio.
Quali altri processi hanno gli stessi andamenti?
