Alcuni esempi…. Un corpo di massa m=1Kg assorbe una quantità di
annuncio pubblicitario
Alcuni esempi…. Un corpo di massa m=1Kg assorbe una quantità di calore Q=30cal aumentando la sua temperatura di 10°C. Quale sarà il suo calore specifico? Quale sarà la sua capacità termica? Calcolare in quanto tempo uno scaldabagno da 60 litri porta il suo contenuto da 30°C a 80°C considerando che la sua potenza è di 2000W. Un uomo di 70 Kg vuole scalare l’Everest portandosi da una quota di 0 m s.l.m. a 8000 m s.l.m. Quanto burro dovrà mangiare per poter superare questa sfida (burro: 6000 cal/g)? Termodinamica studia il modo in cui il calore e il lavoro vengono scambiati tra un sistema e l’ambiente con cui esso interagisce sistema - ambiente - stato termodinamico Sistema termodinamico: è costituito da un grandissimo numero di particelle (ordine di grandezza 1023) di cui interessa il comportamento di insieme esempio di sistema termodinamico: un gas contenuto all’interno di un palloncino Sistema termodinamico modello: gas ideale (contenuto in un cilindro munito di pistone privo di attriti) Variabili termodinamiche: grandezze fisiche che descrivono lo stato del sistema, la sua energia e le trasformazioni del sistema (p, V, T) Equilibrio termodinamico: le variabili termodinamiche sono costanti Ogni punto nel piano P-V rappresenta uno stato termodinamico Trasformazioni ideali quasi-statiche e trasformazioni reali (rappresentazione nel piano p-V) p p A A B B V V le trasformazioni ideali quasi-statiche possono essere reversibili o irreversibili Il sistema può scambiare energia con l’ambiente sotto forma di lavoro o calore gas (p, V, T) il lavoro è positivo (L > 0) se compiuto dal sistema sull’ambiente il calore (Q > 0) è positivo se assorbito dal sistema Termostato: sorgente di calore a T = cost. in grado di fornire una qualunque quantità di calore senza che la sua temperatura vari (capacità termica infinita) equivalente meccanico del calore L mgh Q ma T L Joule J 4.186 Q cal animazione In linea di principio… Come funziona un motore a scoppio? Una macchina a vapore? Una centrale termoelettrica? Lavoro in Termodinamica espansione quasi-statica (gas ideale, cilindro-pistone) p dy A dL Fdy pAdy pdV Vf Vf Vi Vi L dL A pi pf B gas (p, V, T) pdV Vi Vf V il lavoro è l’area sottesa dalla curva che rappresenta la trasformazione nel piano p-V p pi p L0 A pf V f A pi B Vi pf V Vf p L0 L0 B L0 Vi V V trasformazione isobara: p = cost. trasformazione isocora: V = cost. p p pf L pV L0 pi Vi Vf V trasformazione isoterma: T = cost. V pV nRT p R 8.3J / K mole A pi Vf Vf Vf nRT L pdV dV nRT ln Vi V V V i i B pf Vi Vf V il lavoro non è una funzione di stato ma dipende dalla trasformazione eseguita p p p A A pi A pi B pf Vi Vf pi B pf V Vi Vf B pf V Vi Vf V il calore non è una funzione di stato p2, V2, T p2, V2, T vuoto p1, V 1, T termostato p1, V1, T membrana espansione isoterma e espansione libera adiabatica I principio della termodinamica E Q L E = energia interna funzione di stato Il I principio è l’espressione del principio di conservazione dell’energia in termodinamica N.B. energia interna calore il calore è l’energia che fluisce fra il sistema e l’ambiente per effetto della differenza di temperatura Trasformazioni adiabatiche (Q = 0) E L Trasformazioni isocore (V = cost.) E Q E 0 Q L Trasformazioni cicliche Espansione libera adiabatica (Q=0, L= 0) E 0 E = E(T) il calore non è una funzione di stato – bis p E AB QAB B pf pi V = cost. LAB = 0 C A Vi Vf T+T T E AC QAC LAC QAC pV V TB = TC = Tf EAB = EAC; E = E(T) QAB QAC pV QAB QAC Ancora esempi…. Quanti atomi di He riempiono un pallone di diametro 30.0 cm a 20°C e 1 atm? Calcolare l’energia media degli atomi di He e la velocità quadratica media. Un manometro installato su un serbatoio segna una differenza di pressione DP tra interno ed esterno. Quando il serbatoio è pieno di O2 contiene 12 Kg del gas e avrà una pressione relativa Prel=40 atm. Se il manometro segna una pressione di P=25 atm quanto O2 manca? Considerate la temperatura T costante.
