Corso di Fisica Tecnica Ambientale
Introduzione alla Termodinamica:
terminologia
Corso di Fisica Tecnica Ambientale
Termodinamica: terminologia
Termodinamica
La Termodinamica è la scienza che studia le
modificazioni subite da un sistema in conseguenza
del trasferimento di energia principalmente sotto
forma di calore e lavoro.
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Termodinamica: terminologia
Terminologia
Sistema e ambiente
Caratteristiche di un sistema
Approccio Macroscopico
Proprietà termodinamiche (termostatiche)
Stato termodinamico ed equazioni di stato
Trasformazioni termodinamiche
Calore e Lavoro
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Termodinamica: terminologia
Sistema e ambiente
Sistema
Il sistema è la quantità di
materia o la regione di spazio
oggetto di studio.
Ambiente
Tutto ciò che è esterno al
sistema costituisce l’ambiente.
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Termodinamica: terminologia
Caratteristiche di un sistema
Chiuso (aperto)
A pareti rigide e fisse (a pareti mobili)
Adiabatico (diatermano)
Isolato (non isolato)
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Termodinamica: terminologia
Approccio Macroscopico
Sistema come continuo
Non interessa ciò che avviene a livello atomico o molecolare
Grandezze macroscopiche come medie statistiche
Direttamente associate ai nostri sensi e misurabili
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Termodinamica: terminologia
Proprietà termodinamiche
La proprietà è qualunque grandezza
che caratterizza il sistema.
intensiva
estensiva
il valore è indipendente
dall’estensione del sistema.
il valore è dipendente
dall’estensione del sistema.
pressione, temperatura,
conducibilità termica
massa, entropia,
volume,energia
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Termodinamica: terminologia
Proprietà specifiche
proprietà estensiva
massa
proprietà specifica
volume specifico,
energia specifica,
entropia specifica
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Termodinamica: terminologia
Stato termodinamico e
Equazioni di Stato
Lo stato termodinamico di un sistema è definito
dall’insieme dei valori delle N proprietà termodinamiche.
Per definire univocamente lo stato termodinamico sono
necessarie solo un numero limitato M (M<N) di proprietà
indipendenti.
Le restanti proprietà termodinamiche (N-M) possono
essere ricavate dalle M assegnate sulla base di equazioni
costitutive anche definite equazioni di stato.
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Termodinamica: terminologia
Sistema semplice p,v,T
Un sistema costituito da una sostanza pura il cui stato
intensivo è costituito da due proprietà interne intensive
indipendenti è un sistema semplice.
Qualora queste due proprietà possano essere scelte tra
la pressione, la temperatura e il volume specifico il
sistema
viene
definito
sistema
semplice
comprimibile o p,v,T.
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Termodinamica: terminologia
Trasformazioni termodinamiche
Un sistema si dice in equilibrio termodinamico se le sue
proprietà restano costanti nel tempo.
Si definisce processo o trasformazione termodinamica
una qualunque modificazione che comporti la variazione di
almeno una delle proprietà termodinamiche del sistema; la
trasformazione si dice finita o infinitesima se tale variazione
è finita o infinitesima. Una trasformazione finita che riporta il
sistema nel suo stato iniziale si dice chiusa o ciclica.
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Termodinamica: terminologia
Trasformazioni quasi statiche
Una trasformazione finita costituita da una successione di
trasformazioni infinitesime in cui il sistema attraversa stati
successivi di equilibrio si dice trasformazione quasi
statica.
P, T
T = cost.
2P, T
P, T
T = cost.
T = cost..
Questa trasformazione NON è quasi
statica
P+ dP,
T
T = cost.
cost.
2P, T
T = cost.
cost.
Questa trasformazione è quasi statica:
il sistema ha subito una compressione
isoterma
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Termodinamica: terminologia
Trasformazioni reversibili e
irreversibili
Si definisce reversibile una trasformazione che, partendo
da uno stato iniziale di equilibrio termodinamico, evolva in
modo tale che il sistema e l’ambiente possano sempre
essere riportati nei rispettivi stati iniziali ripercorrendo la
stessa trasformazione. Ciò implica che tale trasformazione
passi attraverso una successione di stati di equilibrio.
Una trasformazione si definisce irreversibile se non è
quasi statica ed è soggetta a fenomeni dissipativi (attriti,
viscosità, isteresi, ecc.).
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Termodinamica: terminologia
Calore e Lavoro
Forme di energia che attraversano i contorni del sistema
durante una qualsiasi trasformazione.
Calore, Q
Trasferimento di energia in conseguenza di una differenza
di temperatura fra sistema e ambiente. Positivo se l’energia
è fornita al sistema, negativo nel caso opposto.
Lavoro, L
Tutte le altre forme di energia scambiata fra sistema e
ambiente. Positivo se compiuto dal sistema verso l’esterno,
negativo nel caso opposto.
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Termodinamica: terminologia
Lavoro di variazione di volume
SISTEMA CHIUSO TRASFORMAZIONE QUASI STATICA
PA = F
F
P
δL = Fdx = PAdx = PdV
δl = Pdv
2
2
L = PdV
x
l=
1
L negativo
1
L positivo
2
2
2
2
2
1
1
2
1
Piano di Clapeyron (P,v)
Pdv
2
1
1
1
1
2
1
2
1
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Termodinamica: terminologia
Termodinamica classica
Si occupa dei sistemi chiusi in condizioni di equilibrio
termodinamico.
Le trasformazioni sono quasi statiche e le proprietà
termodinamiche intensive, non dipendono dallo spazio,
ma sono uniformi nel sistema.
Ad es. sistema pistone-cilindro (espansione,
compressione, …)
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Termodinamica: terminologia
Termodinamica del continuo
Si occupa di sistemi chiusi o aperti che possono trattarsi
come un continuo materiale.
L’ipotesi di fondo si basa sull’ equilibrio locale.
Ad es. una trasformazione adiabatica in un condotto.
