TERMODINAMICA I Introduzione Termologia e termometria Teoria

TERMODINAMICA I
Prof. Paolo Vittorio Giaquinta
Introduzione
Descrizione di un sistema fisico con molti gradi di libertà: punti di vista microscopico e macroscopico;
cenni storici sulla termodinamica.
Termologia e termometria
Stato di equilibrio termodinamico e temperatura: il “principio zero”; scale di temperatura; misurazione
della temperatura; termometri a liquido; termometro a gas a volume costante.
Proprietà dei gas rarefatti: leggi di Boyle-Mariotte, di Charles e di Gay-Lussac; definizione di mole e
numero di Avogadro; equazione di stato dei gas perfetti.
Dilatazione termica dei solidi e dei liquidi.
Teoria cinetica dei gas
Modello cinetico del gas perfetto; relazione tra la pressione e l'energia cinetica media delle particelle;
equazione di stato termica dei gas perfetti; costante universale dei gas e costante di Boltzmann;
equazione barometrica; distribuzione delle velocità molecolari; libero cammino medio e tempo medio
tra le collisioni; principio di equipartizione dell'energia.
Cenni sulle interazioni efficaci tra atomi e molecole; equazione di stato di van der Waals e sua
interpretazione su base microscopica; isoterme di van der Waals e condensazione dei gas reali.
Prima legge della termodinamica
Grandezze estensive ed intensive; energia interna di un sistema termodinamico; modalità di
trasferimento del calore: conduzione, convezione ed irraggiamento; variazione dell’energia interna in
una trasformazione adiabatica; espressione del lavoro delle forze di pressione in una trasformazione
quasistatica; esperimenti di Joule ed equivalente meccanico della caloria; prima legge della
termodinamica: definizione e misurabilità del calore; capacità termica e calori specifici a volume
costante e a pressione costante; calore specifico di un gas poliatomico; capacità termica dei solidi;
trasformazioni isoterme, isocore, isobare e adiabatiche.
1/2 Termodinamica I Anno Acc. 2002-03
Seconda legge della termodinamica
Problema fondamentale della termodinamica; ma crostati di un sistema termodinamico all'equilibrio;
stati microscopici accessibili ad un sistema composto da molte particelle; molteplicità ed entropia di un
macrostato; la seconda legge della termodinamica come principio della massima molteplicità per un
sistema isolato.
Calcolo della variazione di entropia per un gas ideale: espansione isoterma, espansione libera,
espansione adiabatica; espressione generale del differenziale dell'entropia; entropia di un bagno termico;
trasformazioni reversibili e irreversibili.
Macchine termiche e rendimento massimo; derivazione delle formulazioni classiche della seconda
legge (enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius) a partire dal principio di massima entropia;
equivalenza delle due formulazioni classiche; ciclo di Carnot; macchine frigorifere; ciclo di Otto.
Equazione fondamentale della termodinamica; condizione per l'equilibrio termico: definizione di
temperatura assoluta; ruolo dell'entropia nei cambiamenti di stato.
Testi consigliati
• R. Resnick, D. Halliday, K. S. Krane: Fisica 1 (Casa Editrice Ambrosiana, V Edizione,
2003);
• R. Baierlein: Thermal Physics (Cambridge University Press, 1999).