SISS

1. SISS TERMODINAMICA Antonio Ballarin Denti a.ballarindenti@dmf.unicatt.it

2. Spettro solare ed intensità energetica Sole  Terra

3. Flussi di energia solare Only a small amount of the total solar energy reaching the earth is fixed by photosynthesis. The thickness of the arrows represents the amount of energy absorbed, reflected, or stored per unit time in units of watts W. The U.S. consumption per unit time is approximately 3×1012 W

4. Sistemi aperti,chiusi ed isolati (sistema e ambiente)

5. CALORE: non ha le stesse proprietà di un fluido A hot block of the same material and the same size weigh the same! Heat is transmitted through vacuum; an indefinite amount of heat can be extracted from a solid by friction. These observations were originally made by Benjamin Thompson (Count Rumford)

6. Esperienza di James Prescott Joule: lavoro e calore a) b) By transformating various forms of energy into heat inside a calorimeter (an adiabatic container), Joule showed that: the same amount of heat appeared in the system when the same amount of any form of energy was dissipated. Thus, if the mechanical and electrical work done in a) and b) is the same, the temperature changes in both calorimeters will be equal.

7. Il contributo di Joule alla termodinamica fu la scoperta del principio di conservazione dell’energia, ovvero del: primo principio della termodinamica ∆E = Q-W Trasformazioniisoterme Trasformazioni adiabatiche Trasformazioni isocore Trasformazioni isobare

8. LAVORO

9. CAPACITÀ TERMICA A Se V = cost dE = dQ Nei gas perfetti : E = E(T) e

10. B Se P = cost  dQ = dE + PdV Nei gas perfetti : E = E(T) Per n = 1:

11. LA DIREZIONE DEI PROCESSI NATURALI Entropia Although entropy can be calculated only for a reversible process between two equilibrium paths, all other proceses (including irreversible) that go between the same initial and final states will have the same change in entropy.

12. The total entropy of the system plus the environment does not change during a reversible heat transfer at constant T Per un processo irreversibile : produzione interna di entropia

13. Entropy and energy behave differently when crossing the boundary of a system. Although the same energy appears inside the system and crosses the boundary, an excess entropy is “generated” inside the system in irreversible processes; we denote this additional amount of entropy by ∆Si Durante un processo irreversibile:

14. ENTROPIA E CALORE Indichiamo con 1 un processo reversibile e con 2 un processo irreversibile Ma: S1 = S2 Se T1 = T2 

15. ENTROPIA E LAVORO CASO 1: processi reversibili CASO 2: processi irreversibili

16. Essendo E funzione di stato :

17. Combinando prima e seconda legge: Vediamo due processi irreversibili

18. Trasferimento di calore Q da un corpo a • temperatura T1 (1) ad un corpo a temperatura T2 (2) Per i processi spontanei : T1  T2

19. 2) Espansione isoterma di un gas perfetto nel vuoto Essendo : T = cost E = E(T) E = 0 Per un processo spontaneo : V2  V1

20. ENERGIA LIBERA E POTENZIALI Introduciamo alcune grandezze fondamentali: 1. La funzione di stato G ( energia libera di Gibbs ) iS = produzione interna di entropia W’= lavoro utile (al netto del lavoro P – V )

21. 2. Lavoro utile e G lavoro utile lavoro dovuto a trasporto di carica elettrica lavoro dovuto a trasporto di massa

22. 3. Espressione completa di G Per T e P costanti :

23. 4. Il potenziale chimico ni = moli della specie chimica i - esima

24. The change in free energy when matter moves across a boundary can be calculated as the sum of the individual changes in each compartment; I II ∆n I ∆n II ∆n ∆Gtotal = ∆G1 + ∆G2

25. 1= 2 All’equilibrio : ∆G = 0

26. 1> 2 (∆G = 0) Nei processi spontanei : il processo non può avvenire nel senso (  ) 1< 2 Se Detta C la concentrazione si trova sperimentalmente : Differenziando e integrando : Tenendo conto del potenziale standard

27. 1= 2 ° ° 5. forma completa del potenziale chimico Date due regioni con materia a concentrazioni C1 e C2 : Se T1 = T2 e P1 = P2 e dato che

28. V = volume molare parziale S = entropia molare parziale Se T1  T2 e P1  P2 : P = differenza di pressione tra il sistema 1 e 2 T = differenza di temperatura tra 1 e 2

29. 6. Il potenziale elettrochimico The work done when a charge q is transported from a region held at potential 1to a region held at potential 2can be broken up into two terms.

30. Se le masse sono anche cariche N0 = numero di Avogadro n = numero di moli z = carica ione e = carica elettrone F = e  N0 = costante di Faraday

31. Per una mole ( n = 1 ) : 1. Sia T = 0 ,  = 0 : 2. Sia P = 0 ,  = 0 : 3. P = 0 , T = 0 :