SISS_termodinamica

SISS
TERMODINAMICA
Antonio Ballarin Denti
[email protected]
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Spettro solare ed intensità energetica Sole  Terra
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Flussi di energia solare
Only a small amount of the total solar energy
reaching the earth is fixed by photosynthesis.
The thickness of the arrows represents the amount of energy
absorbed, reflected, or stored per unit time in units of watts W. 3
The U.S. consumption per unit time is approximately 3×1012 W
Sistemi aperti,chiusi ed isolati (sistema e ambiente)
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CALORE: non ha le stesse proprietà di un fluido
A hot block of the
same material and
the same size
weigh the same!
Heat is transmitted
through vacuum;
an indefinite amount
of heat can be
extracted from a
solid by friction.
These observations
were originally made
by Benjamin Thompson
(Count Rumford)
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Esperienza di James Prescott Joule: lavoro e calore
a)
b)
By transformating various forms of energy into heat inside a
calorimeter (an adiabatic container), Joule showed that:
the same amount of heat appeared in the system when
the same amount of any form of energy was dissipated.
Thus, if the mechanical and electrical work done in a) and b) is the
same, the temperature changes in both calorimeters will be equal.6
Il contributo di Joule alla termodinamica fu la scoperta
del principio di conservazione dell’energia, ovvero del:
primo principio della termodinamica
∆E = Q-W
Trasformazioni isoterme
Trasformazioni adiabatiche
Trasformazioni isocore
Trasformazioni isobare
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LAVORO
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CAPACITÀ TERMICA
A
Se V = cost  dE = dQ
Nei gas perfetti : E = E(T) e
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B
Se P = cost  dQ = dE + PdV
Nei gas perfetti : E = E(T)
Per n = 1:
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LA DIREZIONE DEI PROCESSI NATURALI
Entropia
Although entropy can be calculated only for a reversible process between two
equilibrium paths, all other proceses (including irreversible) that go between
the same initial and final states will have the same change in entropy.
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The total entropy of
the system plus the
environment does
not change during a
reversible heat transfer
at constant T
Per un processo irreversibile :
produzione
interna di
entropia
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Entropy and energy behave differently when crossing the boundary
of a system. Although the same energy appears inside the system
and crosses the boundary, an excess entropy is “generated” inside
the system in irreversible processes; we denote this additional amount
of entropy by ∆Si
Durante un processo irreversibile:
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ENTROPIA E CALORE
Indichiamo con 1 un processo reversibile e
con 2 un processo irreversibile
Ma: S1 = S2
Se T1 = T2
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ENTROPIA E LAVORO
CASO 1: processi reversibili
CASO 2: processi irreversibili
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Essendo E funzione di stato :
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Combinando prima e seconda legge:
Vediamo due processi irreversibili
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1) Trasferimento di calore Q da un corpo a
temperatura T1 (1) ad un corpo a temperatura T2 (2)
Per i processi spontanei : T1  T2
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2) Espansione isoterma di un gas perfetto nel vuoto
Essendo : T = cost
E = E(T)
E = 0
Per un processo spontaneo : V2  V1
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ENERGIA LIBERA E POTENZIALI
Introduciamo alcune grandezze fondamentali:
1. La funzione di stato G ( energia libera di Gibbs )
iS = produzione interna di entropia
W’= lavoro utile (al netto del lavoro P – V )
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2. Lavoro utile e G
lavoro utile
lavoro dovuto
a trasporto di
carica elettrica
lavoro dovuto
a trasporto
di massa
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3. Espressione completa di G
Per T e P costanti :
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4. Il potenziale chimico
ni = moli della specie chimica i - esima
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I
The change in free
energy when matter
moves across a
boundary can be
calculated as the
sum of the individual
changes in each
compartment;
II
∆n
I
∆n
II
∆n
∆Gtotal = ∆G1 + ∆G2
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All’equilibrio : ∆G = 0
1= 2
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Nei processi spontanei :
Se
1< 2
1> 2
(∆G = 0)
il processo non può avvenire nel senso (
Detta C la concentrazione si trova sperimentalmente :
Differenziando e integrando :
Tenendo conto del potenziale standard
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)
5. forma completa del potenziale chimico
Date due regioni con materia a concentrazioni C1 e C2 :
Se T1 = T2 e P1 = P2 e dato che
°1= 2°
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Se T1  T2 e P1  P2 :
V = volume molare parziale
P = differenza di pressione tra il sistema 1 e 2
S = entropia molare parziale
T = differenza di temperatura tra 1 e 2
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6. Il potenziale elettrochimico
The work done when a charge q is transported from a
region held at potential 1 to a region held at potential
2 can be broken up into two terms.
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Se le masse sono anche cariche
N0 = numero di Avogadro
n = numero di moli
z = carica ione
e = carica elettrone
F = e  N0 = costante di Faraday
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Per una mole ( n = 1 ) :
1. Sia T = 0 ,  = 0 :
2. Sia P = 0 ,  = 0 :
3. P = 0 , T = 0 :
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