Lezione 6 - 18 Ottobre 2011

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Lezione 6 - 18 Ottobre 2011
Appunti tratti da Serway “Principi di Fisica”
MACCHINA TERMICA
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Una macchina termica è un dispositivo che trasforma energia
termica in altre forme di energia. Il lavoro prodotto da una
macchina termica che utilizza una sostanza in una
trasformazione ciclica ΔU=0 è
W=Qc-Qf
Qc energia termica assorbita da sorgente calda
Qf energia termica ceduta a sorgente fredda
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Rendimento di una macchina termica
e=W/Qc=1-(Qf/Qc)
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Primo principio non pone vincoli sulle forme di
energia che possono reciprocamente
convertirsi
Secondo principio stabilisce quali
trasformazioni possono realizzarsi in natura
SECONDO PRINCIPIO DELLA
TERMODINAMICA
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POSTULATO DI CLAUSIUS non può avvenire
alcuna trasformazione termodinamica il cui unico risultato
sia un flusso di calore da un corpo freddo a uno caldo.
Tale processo è possibile solo se viene compiuto lavoro
sul sistema
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POSTULATO DI KELVIN-PLANCK è impossibile
costruire una macchina termica che operando in un ciclo
non produca altro effetto se non quello di assorbire calore
da una sorgente trasformandolo in un uguale quantità di
lavoro
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TRASFORMAZIONI REVERSIBILI: sistema
passa dal suo stato iniziale a quello finale attraverso
una successione di stati di equilibrio.La trasformazione
può essere invertita per mezzo di variazioni
infinitamente piccole delle condizioni. Se questa
situazione non è soddisfatta di parla di
TRASFORMAZIONI IRREVERSIBILI
MACCHINA DI CARNOT
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Trasformazione ciclica ideale ,ciclo di CARNOT:
due adiabatiche reversibili +
due isoterme reversibili
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Rendimento Carnot:
ec =1-Tf/Tc
Sg37
ENTROPIA
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Se un sistema passa da uno stato di equilibrio a un altro, attraverso una
trasformazione reversibile, quasi-statica, e una quantità di calore dQr viene
assorbita o ceduta alla temperatura T, la variazione di entropia è definita da:
dS=dQr/T
dQr → il trasferimento di energia termica si deve misurare lungo cammino
reversibile
dQr>0 calore assorbito dal sistema S aumenta
dQr<0 calore ceduto S diminuisce
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Per una trasformazione finita dove T in generale non è costante:
f
i
∆S=∫ dS= ∫
f
i
dQr/T
per cammino irreversibile ovvero processi reali?
ENTROPIA
→ entropia: funzione di stato
∆S tra due stati di equilibrio qualsiasi dipende solo dagli stati
iniziale e finale.
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Sperimentalmente ∆S è la stessa per tutte le trasformazioni con
stesse condizioni iniziali e finali
Si calcola ∆S per trasformazione irreversibile fra due stati di
equilibrio, associando una trasformazione reversibile fra i due
stati di equilibrio e si calcola : ∆S = ∫ f dQr/T
i
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Bisogna distinguere tra Q energia termica effettiva trasferita
nella trasformazione e Qr energia termica che si avrebbe nella
corrispondente trasformazione reversibile
ENTROPIA
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Caso trasformazione adiabatica reversibile, non vi scambio di calore con l'esterno
∆S=0 → trasformazione isoentropica
La variazione di entropia di un sistema sottoposto a un qualunque ciclo reversibile
è zero → S=cost
Nell'espansione libera ∆S = nRln (Vf/Vi)
In una trasformazione in cui fra due masse si verifica scambio irreversibile di calore
l'entropia aumenta e segue la relazione: ∆S=m c1ln(Tf/T1)+m2c2ln(Tf/T2)
1
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Dal punto di vista microscopico S è definita come.
S=kB ln w
dove kB costante di Boltzmann e W è il numero di microstati microscopici
accessibili per il sistema
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L'entropia è una misura del disordine microscopico di un sistema; tutte le
trasformazioni naturali sono processi irreversibili e aumentano l'entropia
f
ELETTRICITA' E MAGNETISMO
FORZE ELETTRICHE E CAMPI ELETTRICI
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La forza elettromagnetica è una delle interazioni
fondamentali della natura, lega atomi e molecole nella
materia
Proprietà delle cariche elettriche:
-le cariche di segno opposto si attraggono, mentre cariche
concordi si respingono
-la carica elettrica si conserva
-la carica elettrica è quantizzata → esiste in quantità
discrete,multiple intere della carica dell'elettrone
-la forza elettrica tra particelle cariche dipende dall'inverso
del quadrato della loro distanza
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Conduttori: materiali in cui le cariche elettriche
si muovono liberamente, al contrario degli
isolanti
-19
Carica di un elettrone e=1.6 *10 C
La forza elettrostatica tra due cariche puntiformi
stazionarie è data dalla legge di Coulomb:
LEGGE DI COULOMB
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In presenza di più di 2 cariche:
la forza di ogni coppia di carica è data da:
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La forza risultante su ciascuna di esse è uguale alla somma
vettoriale delle forze dovute alle singole cariche:
F2=F21+F23
S 542 19.1-2
CAMPI ELETTRICI
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Il vettore E campo elettrico in un punto dello spazio è
definito come la forza elettrica F agente su una carica
di prova positiva q0 posta in quel punto diviso il valore
assoluto della carica di prova:
E=F/q0=ke (q/r2) r^
q0
E
r^
q
r
CAMPI ELETTRICI
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Vale il principio di sovrapposizione:
-campo elettrico dovuto a un insieme di cariche è uguale alla
somma vettoriale dei campi elettrici di tutte le cariche
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Per distribuzione discreta di cariche: E= ke∑ qi/(ri)2 ^ri
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Per distribuzione continua di cariche: E= ke ∫ dq/(r)2 r^