I principi della Termodinamica

1. I principi della Termodinamica

2. Il mulinello di Joule • Sappiamo che possiamo riscaldare un corpo (ad es. una massa di acqua) avvicinandolo ad una sorgente di calore, ma anche mediante lavoro meccanico. • Noi tutti sappiamo che sfregando le mani queste si riscaldano, percuotendo un oggetto con un martello questo si scalda.

3. Il mulinello di Joule • Il fisico Joule verso la metà del 1800 fece un celebre esperimento. • Con il marchingegno in figura riscaldò l’acqua . • L’energia potenziale dei pesi attratti dalla forza di gravità si trasforma in energia cinetica e questa si trasferisce alle pale che riscaldano l’acqua nel calorimetro. • Ripetendo più volte l’esperimento Joule riuscì a determinare l’equivalente meccanico della caloria. • Un lavoro di 4,186 J corrisponde ad 1 caloria.

4. Sistemi termodinamici • La Termodinamica è quella parte della Fisica che studia la trasformazione del lavoro meccanico in calore e (viceversa) del calore in lavoro meccanico. • I suoi principi sono alla base delle macchine termiche cioè di quelle macchine che sfruttano il calore per produrre movimento, come ad es. il motore a vapore, il motore a scoppio, il motore Diesel. • Si definisce sistema Termodinamico un qualsiasi sistema che può scambiare con l’ambiente calore e lavoro. • Il nostro corpo ad es. è un sistema termodinamico che irraggia calore nell’ambiente e può compiere lavoro meccanico ad es. sollevando pesi.

5. Sistemi termodinamici • Per studiare i Principi della Termodinamica noi utilizzeremo un sistema termodinamico ideale, costituito da un cilindro con un pistone scorrevole, all’interno del quale è contenuto un gas perfetto. Faremo tre ipotesi: • 1) il pistone è a perfetta tenuta • 2) non c’è attrito tra il pistone ed il cilindro • 3) mentre le pareti del cilindro sono perfettamente isolate termicamente, la base è un ottimo conduttore di calore

6. Trasformazioni termodinamiche • Trasformazione adiabatica: è una trasformazione che avviene senza scambio di calore. • Ciò significa che tutto il cilindro, sia le pareti che la base, è perfettamente isolato termicamente. • Trasformazione isoterma: è una trasformazione che avviene a temperatura costante, obbedisce cioè alla legge di Boyle. • Nel piano di Clapeyron (piano cartesiano avente in ascisse il Volume e in ordinate la pressione) si ottiene un ramo di iperbole. Non si può comprimere il gas fino a portare il suo volume a zero. Per quanto piccole le molecole del gas occuperanno un volume. Geometricamente l’iperbole è asintotica all’asse orizzontale.

7. Trasformazioni termodinamiche • Trasformazione isobara: è una trasformazione che avviene a pressione costante. • Ciò significa che sul pistone non vengono aggiunti o tolti pesi. • Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento orizzontale.

8. Trasformazioni termodinamiche • Trasformazione isocora: è una trasformazione che avviene a volume costante. • Ciò significa che il pistone è “inchiodato”, non può muoversi. • Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento verticale.

9. Trasformazioni cicliche • Le trasformazioni cicliche sono trasformazioni che riportano il gas nelle stesse condizioni di temperatura, pressione, volume. • Si parte da un punto A e dopo una serie di trasformazioni si ritorna in A.