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Termodinamica
Primo principio della termodinamica
∆U = Q − L
U = energia interna
Per definizione ∆U = ∆Ui nt er na + ∆K i nt er na
∆Ui nt er na è la variazione di energia potenziale interna del sistema
sul quale agiscono le forze tra le molecole che sono di natura elettromagnetica.
Evaporazione
La pressione esercitata dal vapore saturo sul liquido (a una determinata temperatura) è detta tensione di vapore.
L’evaporazione avviene fino a che la tensione di vapore a quella
temperatura è maggiore della pressione parziale del vapore del gas
sopra il liquido.
Se il liquido è in un recipiente aperto, il liquido evaporerà tutto
perché la pressione parziale non cambia a causa del grandissimo
volume dell’atmosfera.
Se il liquido è in un recipiente chiuso, il liquido evapora fino a quando la pressione del vapore sovrastante il liquido è uguale alla tensione di vapore.
∆K i nt er na è la variazione di energia cinetica interna del sistema che
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dipende solo dalla temperatura (per il caso monoatomico è nRT ,
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come risulta dalla teoria cinetica dei gas).
Esempio (vaporizzazione che avviene con il fenomeno dell’ebollizione):
Considero una massa di acqua liquida a 100 o C alla pressione di 1
atm a cui fornisco il corrispondente calore latente Q = mλ. Il lavoro
di espansione svolto dal vapore è L = p(Vv apor e − Vl i qui d o ). Rimane
la differenza Q − L cioè la variazione dell’energia interna, che è il
lavoro interno (= ∆Ui nt er na ) che il vapore compie per superare le
forze di attrazione tra le molecole, dato che ∆K i nt er na è zero perché
la vaporizzazione avviene a temperatura costante.
Se lo stantuffo è libero di muoversi e metto la massa d’acqua facendo entrare anche l’aria dell’atmosfera, il liquido evapora tutto se la
pressione parziale del vapore soprastante il liquido non raggiunge
il valore della tensione di vapore a quella tempertura. Contemporaneamente il volume aumenta per compensare l’aumento del
numero di molecole nella fase vapore mantenendo la pressione
uguale a quella della pressione atmosferica. Quando tutto il liquido
è evaporato, se sollevo lo stantuffo, diminuendo quindi la pressione,
il vapore si comporta come previsto dalla legge di Boyle.