I principi della termodinamica

1. I principi della termodinamica

2. Equivalente meccanico della caloria In diverse esperienze J.P. Joule, da solo o con collaboratori (Kelvin, Clausius), mostrò che ogni volta che si compie una traformazione ciclica, la quantità di lavoro compiuto sul sistema (in Joule) è proporzionale alla quantità di calore somministrato al sistema (in cal). 4.186 J = 1 cal; 4.186 KJ = 1 kcal. Anche il calore si può misurare in Joule. Lavoro e calore diventano due modi in cui un sistema può scambiare energia con l’ambiente esterno

3. Esempio: trasformazione isobara del gas perfetto (A B) PV=nRT P=cost V aumenta, il sistema si espande. W = F d = P A d = P DV Convenzione sul segno del calore e del lavoro • Lavoro compiuto dal sistema verso l’esterno: W > 0 • Lavoro compiuto sul sistema dall’esterno: W < 0 • Calore assorbito dal sistema: Q>0 • Calore ceduto dal sistema: Q<0 W > 0, Q>0

4. Ancora sul calore e sul lavoro Abbiamo definito le Variabili di Stato del sistema termodinamico: esempi di variabili di stato sono la Pressione, il Volume e la Temperatura. Esse sono definite solo negli stati di equilibrio del sistema. In generale nelle trasformazioni reali irreversibili, non tutte sono definite. Rappresentazione grafica di una trasformazioni irreversibile: solo nello stato iniziale e finale le variabili di stato sono definite. P B Il sistema non passa più attraverso stati di equilibrio dove tutte le variabili di stato sono definite A V Lavoro e calore non sono variabili di stato. Esse misurano le quantità di energia scambiate dal sistema nelle trasformazioni (sia essa reversibile o irreversibile)

5. Trasformazione dei gas Isoterma V=cost T=cost P=cost

6. Trasformazione dei gas Adiabatica, ossia senza scambio di calore con l’esterno Isoterma T=cost La trasformazione “espansione adiabatica” taglia isoterme di temperature via via più basse.

7. Lavoro nelle trasformazioni dei gas • lavoro infinitesimo dW=P dV • lavoro per trasformazione finita • Interpretazione grafica: area sotto la curva della trasformazione (per trasformazioni reversibili) isobara W=0 W=P DV solo per gas perfetto

8. Lavoro nelle trasformazioni dei gas • lavoro infinitesimo dW=P dV • lavoro per trasformazione finita

17. Interpretazione statistica dell’entropia Lancio di quattro monete

18. Probabilità dei vari macrostati per un lancio di 100 monete Ogni moneta ha due possibilità (T,C): il numero di possibili microstati è 2·2·2·2·…..=2100=1.27·1030

19. L’entropia in termini di probabilità Avvengono spontaneamente soltanto quei processi che sono i più probabili