Il Principio Zero della Termodinamica
Il Primo Principio della Termodinamica
Trasformazioni Termodinamiche
Il Principio Zero della Termodinamica
Il principio zero stabilisce le condizioni affinché due o più corpi siano in
equilibrio termico tra loro:
Se un corpo B è in equilibrio termico con un corpo A e con un corpo C,
mettendo a contatto termico i corpi A e C, anch’essi saranno in equilibrio
termico.
La grandezza fisica che è uguale, quando due corpi si trovano in equilibrio
termico, è la temperatura. In particolare, se due corpi hanno la stessa
temperatura, siamo sicuri che non fluirà calore se vengono messi a
contatto. Al contrario, se tra due corpi fluisce calore, significa che essi non
si trovano in equilibrio termico e che non hanno la stessa temperatura. Per
determinare se due corpi sono in equilibrio termico è possibile utilizzare
una qualsiasi scala termometrica. Questo principio viene utilizzato per
effettuare una misura della temperatura, se viene intesa come proprietà
che determina se un corpo è in equilibrio termico con altri corpi oppure
no.
Il lavoro compiuto da un gas ideale
Consideriamo un gas che si dilata a pressione p¹ costante.
Se la variazione di volume è ΔV, il gas compie un lavoro sull’esterno che si
calcola mediante la relazione L= p · ΔV.
Nel piano pressione-volume il lavoro compiuto da un gas è rappresentato
dall’area di un rettangolo.
Se, al contrario, la pressione non rimane costante, il lavoro è uguale all’area
della figura compresa fra la curva e l’asse orizzontale.
Il Primo Principio della Termodinamica
Un sistema termodinamico può interagire con l’ambiente
esterno scambiando energia in diversi modi:
cedendo o acquistando calore;
compiendo o subendo un lavoro.
Quindi è lo scambio di energia con l’ambiente che fa variare
l’energia interna del sistema.
L’energia interna di un sistema aumenta
quando esso:
• assorbe calore dall’ambiente esterno
Q>0
Q<0
• subisce un lavoro dall’ambiente esterno
Sistema
termodinamico
L’energia interna di un sistema diminuisce
quando esso:
• cede
calore all’ambiente esterno
L<0
• compie lavoro sull’ambiente esterno
Qualunque sia la trasformazione del sistema vale il Primo Principio della
Termodinamica:
∆ U = variazione di
energia
Q = calore scambiato
L = lavoro scambiato
∆U=Q-L
L>0
Trasformazioni Termodinamiche
Applicazioni del Primo Principio
Trasformazione isocora
Trasformazione isoterma
Trasformazione adiabatica
Trasformazione Isocora
o a volume costante
ΔV = 0
L=0
ΔU = Q
Supponiamo che venga fornito calore a un gas contenuto in un recipiente che
non possa variare il proprio volume producendo, in questo modo, un aumento
di pressione.
Dato che non c’è variazione di volume il gas non compie lavoro, dunque la
variazione di energia interna corrisponde al calore.
La pressione cresce da Pi a Pf ,
mentra il volume rimane costante.
Pf
L’area sotto questa
trasformazione è zero come lo è il
lavoro.
Pi
Vi
Trasformazione Isoterma
o a temperatura costante
ΔT = 0
Q=L
Se il sistema è un gas perfetto, l’energia interna è proporzionale alla temperatura
assoluta, non essendoci variazione di temperatura, la variazione di energia interna
è 0.
Da ciò, essendo costante l’energia interna, il lavoro risulta uguale al calore.
P
Il volume cresce da un volume iniziale a
uno finale, quindi il lavoro compiuto è
uguale all’area della regione colorata
V
Nel caso delle trasformazioni isoterme si devono distinguere due
differenti casi:
Espansione isotermica
Aumentando il volume, il lavoro risulta positivo, così come il calore
scambiato: il sistema assorbe calore dall’ambiente.
Compressione isotermica
Diminuendo il volume, il lavoro risulta negativo, così come il calore
scambiato: il sistema cede calore all’ambiente.
In una trasformazione isoterma
L = p · ΔV = n · R · T · ln · ( Vf / Vi )
Trasformazione adiabatica
o a calore costante
Q=0
ΔU = -L
Se il gas è termicamente isolato, non riuscendo quindi a scambiare calore
con l’esterno, la variazione di energia interna corrisponde al lavoro cambiato
di segno.
Espansione adiabatica
Il volume aumenta, cioè ΔV > 0, quindi il lavoro è positivo, e dunque
l’energia interna è negativa.
Compressione
adiabatica
Il volume diminuisce, cioè ΔV < 0, quindi il lavoro è negativo, e dunque
l’energia interna è positiva.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
A cura di:
Andrea Borella
Yuri Mazzucotelli
Sebastian Rota
