Fisica 2

• Termodinamica

  Lo studio del calore e delle sue relazioni con altre forme di energia, come energia meccanica (cinetica e potenziale), energia elettromagnetica, ecc...
• Termodinamica

  Descrive le proprietà della materia nella sua forma macroscopica e spiega le correlazioni tra queste proprietà e la meccanica dei singoli atomi e molecole
• Termodinamica

  Descrive le conseguenze macroscopiche del grandissimo numero di coordinate microscopiche che, per effetto del processo di media, non appaiono esplicitamente nella descrizione macroscopica del sistema fisico
• Conseguenze dell'esistenza di variabili "nascoste"

  • Trasferimento di energia ad un modo "meccanico" (Lavoro Meccanico)
  • Trasferimento di energia ad un modo "elettrico" (Lavoro Elettrico)
  • Trasferimento di energia ai modi "nascosti" (Calore)
• Sistema termodinamico

  Una quantità di materia limitata con dei confini ben definiti
• Tipi di sistemi termodinamici

  • Sistema aperto (scambi di materia e energia)
  • Sistema chiuso (scambi di energia ma non di materia)
  • Sistema isolato (nessuno scambio di energia o materia)
• Variabili termodinamiche

  • Volume
  • Pressione
  • Temperatura
  • Massa/Mole
  • Composizione chimica
• Variabili estensive

  Dipendono dalla quantità di materia del sistema
• Variabili intensive

  Non dipendono dalla quantità di materia del sistema
• Principio zero della termodinamica: se due corpi sono separatamente in equilibrio termico con un terzo corpo, allora sono in equilibrio termico tra loro
• Temperatura

  Proprietà di tutti i sistemi termodinamici in equilibrio. Due sistemi sono in equilibrio termico se hanno la stessa temperatura
• Misura della temperatura

  Utilizziamo il fatto che le proprietà di molte sostanze e materiali cambiano con la temperatura (espansione dei metalli, variazione della lunghezza di una colonna di liquido, variazione della resistenza elettrica, variazione della pressione di un gas, variazione dell'emissione infrarossa)
• Scale di temperatura

  • Fahrenheit
  • Celsius
  • Kelvin
• Scala Kelvin

  Scala di temperatura assoluta, dove 0 K corrisponde allo zero assoluto (assenza di moti molecolari)
• Tipi di termometri

  • Termometri a liquido
  • Termometri a resistenza
  • Pirometri ottici
  • Termocoppie
• Calore

  Meccanismo di trasferimento di energia tra un sistema e il suo ambiente a causa di una differenza di temperatura
• Termometri a resistenza

  La resistenza elettrica cambia con la temperatura
• Pirometri ottici

  La lunghezza d'onda della radiazione e.m. emessa da un corpo decresce con la temperatura
• Effetti termoelettrici

  Le termocoppie: sono formate da due fili di metalli differenti saldati assieme; quando la temperatura della saldatura viene cambiata si manifesta una differenza di potenziale nel circuito formato dai due fili
• Calore

  Meccanismo col quale l'energia viene trasferita fra un sistema ed il suo ambiente circostante a causa di una differenza di temperatura tra loro
• Storicamente, all'inizio dello sviluppo della Termodinamica (inizi del 19 secolo), prima che gli scienziati comprendessero il legame tra meccanica e termodinamica, il calore era considerato come una «sostanza ideale» (che veniva chiamata «fluido calorico») che, trasferendosi da un primo corpo ad un secondo, provocava in quest'ultimo un aumento di temperatura
• Caloria (cal)

  Unità di misura del calore definita come la quantità di calore necessario per aumentare la temperatura di un grammo di acqua da 14.5 °C a 15.5 °C
• Attorno alla metà del 19 secolo, quando era ormai universalmente accettato il fatto che il calore era una misura di un trasferimento di energia (simile da questo punto di vista al lavoro), fu deciso che la sua unità di misura sarebbe stata il joule (J), cioè la stessa unità di misura che si usa per qualunque forma di energia
• Equivalente meccanico del calore

  1 cal = 4.186 J
• Capacità termica

  Quantità estensiva che dipende dalla quantità di materia che si considera
• Calore specifico

  Capacità termica per unità di massa espressa in J/(kg K)
• Calore molare

  Capacità termica per unità di massa espressa in J/(mol K)
• Calorimetria

  Tecnica per misurare il calore specifico (o il calore molare)
• Calorimetria

  1. Contenitore chiuso con pareti isolanti termicamente

  2. All'interno si mettono in contatto due sistemi, uno di cui si vuole misurare il calore specifico e uno con calore specifico noto

  3. Inizialmente i due sistemi hanno temperature diverse, c'è un passaggio di calore dal sistema freddo al sistema caldo fino a raggiungere l'equilibrio termico

  4. Si può calcolare il calore specifico incognito uguagliando i due flussi di calore
• Energia interna

  Somma delle energie cinetiche e potenziali di tutte le molecole del sistema
• Stato di equilibrio termodinamico


  Stato completamente caratterizzato da un numero limitato di variabili: energia interna, volume, numeri molari dei componenti chimici
• Trasformazioni quasistatiche

  Trasformazioni che evolvono attraverso stati di (quasi-equilibrio) molto vicini tra loro
• Il Primo Principio della Termodinamica afferma che la variazione di energia interna di un sistema è uguale alla somma del calore assorbito e del lavoro compiuto
• Leggi della meccanica

  Leggi che descrivono il comportamento di sistemi fisici
• Variabili termodinamiche

  • A
  • B
  • UA
  • UB
  • UB - UA valutato lungo un opportuno cammino adiabatico
• Relazioni del Primo Principio

  • Q1 - W1 = Q2 - W2 = ... = Qn - Wn = UB - UA
• Convenzione sui segni

  • Calore acquisito dal sistema positivo
  • Lavoro compiuto dal sistema positivo
  • Calore ceduto dal sistema negativo
  • Lavoro compiuto sul sistema negativo
• Stati di equilibrio

  Stati completamente caratterizzati, dal punto di vista macroscopico, da un numero limitato di variabili: Energia interna U, Volume V, Numeri molari dei componenti chimici N1, ..., Nr
• Calcolo delle variazioni di energia interna

  1. Per via diretta se è nota esplicitamente la funzione U=U(p,V,T)

  2. Utilizzando il Primo Principio (con U incognita) e calcolando QAB e WAB
• Reversibilità e Irreversibilità

  Proprietà dei processi termodinamici