Calore. direzione flusso di calore [da T maggiore. tra due corpi a diversa temperatura
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- Geraldina Bruni
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1 Calore alore energa traserta ra un orpo (sstema) de e ambente rostante a ausa d una derenza d temperatura 1. temperatura: osservable he determna drezone lusso d alore [da T maggore a T mnore ]. alore: orma d energa sambata tra due orp a dversa temperatura. la partà d temperatura bloa l trasermento d alore 4. la temperatura non msura la quanttà d alore Q<0 Q>0 untà d msura alora quanttà d alore neessara per aumentare la temperatura d 1 g d aqua da a C 1 al J equvalente meano del alore
2 T s >T a l sstema ede alore energa ese dal sstema [nhè s rstablse equlbro] Q<0 T s T a sstema e ambente n equlbro Q0 T s <T a l sstema assorbe alore energa entra nell sstema [nhè s rstablse equlbro] Q>0 Q quanttà d alore sambata
3 Espermento d Joule apparato: 4alormetro ad aqua solato termamente 4sstema d palette ollegate medante arruola ad un peso 1. trasormo energa potenzale gravtazonale n lavoro sulle palette [ontro le orze d attrto dell aqua]. dsspo energa ornta alle palette n attrto e turbolenza del ludo. all equlbro: osservo nnalzamento temperatura dell aqua 4. ottengo stesso rsultato rsaldando drettamente aqua ho trasormato lavoro meano n energa terma 1 al J
4 n sologa: alora untà d msura quanttà d energa utlzzable ontenuta negl alment [s msura tale energa bruando le sostanze almentar n presenza d ossgeno, per mezzo d un alormetro: s ede l alore a aqua s msura nnalzamento T aqua] Cbo 1 g lpd Apporto aloro 9 kal n ampo nutrzonale: s mpega un multplo alora: hloalora 1 kal 10 al 1 Cal hlojoule 1 kj 10 J 1 g gld 1 g protene 100 g pasta 100 g rso 100 g pane 100 g pollo 100 g salame 100 g soglola 100 g pomodor 100 g lattuga 100 g olo olva 100 g burro 4 kal 4 kal 58 kal 5 kal 71 kal 188 kal 467 kal 88 kal 88 kal 1 kal 910 kal 77 kal esempo: donna 60 kg, 0 ann studentessa unverstara metabolsmo basale [energa mnma rhesta da organsmo n stato d rposo] abbsogno energeto 1 b. Coa Cola 1 b. d vno 100 kal 10 kal 100 g oolato 607 kal 178 kal 0 kal
5 (1 ora) (Kal/h)
6 Calore Speo La quanttà d alore neessara per aumentare la temperatura d una data sostanza dpende dalla sostanza alore speo [quanttà d alore per untà d matera per untà d T] de Q Q m T m T Il valore d dpende dalle ondzon spermental soprattutto per gas [ p.s. a pressone ostante,.s. a volume ostante] valore elevato!!
7 applazone Il alore speo dell aqua [1 Cal/g C a 14.5 C e 1 atm] è superore a quello della maggor parte delle altre sostanze dpende dalla temperatura [sala molto amplata] 1 Cal/g C mar e lagh stablzzano la temperatura dell ambente a ausa dell alto alore speo [apatà terma] dell aqua meansmo: 4n nverno l mare s raredda 4rlasa alore all ambente 4vent trasportano alore verso terra
8 Calore Latente e Cambo d Fase non sempre l energa assorbta/eduta da un orpo orrsponde ad una varazone d temperatura ambo d ase: energa traserta moda struttura della sostanza soldo lqudo lqudo gas a partre a 1 g d ghao alore neessaro per ambo d ase Q ± L alore latente [d usone, d evaporazone] ml
9 Soldo le moleole non sono mmobl nello spazo osllano attorno poszone d equlbro [ontnua agtazone] ort legam tengono unte le moleole [orma e volume del soldo sono ben dent] osllazone delle moleole aumenta on energa terma [temperature elevate: osllazon ampe temperature neror: osllazon rdotte] Al punto d usone: osllazon osì ampe da permettere agl atom d muovers n nuove poszon [ndebolso legam, ase lquda dsordnata] Lqudo moleole legate tra loro da orze pù debol [un lqudo non possede una orma propra] Al punto d evaporazone: separo le moleole ompendo lavoro (energa) ontro orze attrattve moleolar [rompo legam, ase gassosa d moto asuale] Gas moleole godono estrema lbertà d movmento [moto asuale he aumenta on energa terma] grande dstanza meda ra atom/moleole L >> vaporazon e L usone
10 Trasormazon Termodnamhe [sstema d rermento: gas peretto] Apparato spermentale: r repente solato termamente r n mol gas peretto monoatomo r pstone [per regolare p] r termometro [msuro T n K] r sstema d rsaldamento ogn trasormazone termodnama eettuata dal/sul gas è rappresentable nel pano p- lavoro atto dal gas W>0 lavoro atto dal gas verso l esterno W<0 lavoro atto sul gas dall esterno dw r r F dr F dy r r Fj dyj pady pd W pd area sottesa dalla urva nel dagramma p- W devo onosere ome vara p durante la trasormazone
11 Attenzone a segn nel alolo del lavoro!!! onsdero una trasormazone da ad area sottesa lavoro omputo dal sstema l lavoro W è postvo gas s espande aumenta l volume spngendo l pstone [gas ompe lavoro] l lavoro W è negatvo gas è ompresso pstone dmnuse l volume [pstone ompe lavoro]
12 l lavoro svolto da/sul gas dpende dal perorso esemp 4rsaldamento a volume ostante [tengo sso l pstone] p nr T se T aumenta p aumenta W 0 4espansone a pressone ostante [mantengo pressone su pstone ostante] W p d p d p ( ) > 0 W > 0 4espansone soterma [mantengo temperatura ostante on termostato] p 1 nrt p ostante p W > 0 p W nrt p d d nrt d nrt ln > 0 ANCHE l alore Q assorbto dal gas dpende dal perorso
13 Prmo Prnpo della Termodnama [generalzzazone onservazone energa meana a sstem mrosop] onsdero ome meansm d trasermento d energa SOLO alore Q e lavoro W se un sstema assorbe una quanttà d alore Q e ompe una quanttà d lavoro W l energa nterna del sstema vara d una quanttà E nt E nt Q W per trasormazon nntesme de nt dq dw N.B. sebbene Q e W dpendano dal perorso (Q-W) NON dpende dal perorso, qund deve essere legata a ambamento d propretà ntrnsea del sstema (energa nterna) msurat o alolat Q e W n una trasormazone trovo E nt on l prmo prnpo Attenzone a segn!!! se W lavoro atto sul gas se W lavoro atto dal gas E Q + E nt nt Q W W
14 applazon I Prnpo trasormazon soterme [T ostante] trasormazon soore [ ostante] trasormazon sobare [p ostante] trasormazon adabathe [Q 0] trasormazon lhe [stato nzale stato nale ]
15 trasormazon soterme E nt 0 Q W nrt ln energa nterna dpende solo da T p W > 0 p NON ho aumento d T perhé energa Q he vene assorbta vene spesa dal gas n lavoro proesso n parte utlzzato da mahne termhe: trasormo energa mrosopa (alore) n energa marosopa (lavoro meano)
16 trasormazon a volume ostante [soore] mantengo l volume ostante W 0 E nt Q W0 non ompo lavoro 4 se Q > 0 [gas assorbe energa] E nt > 0 temperatura aumenta bloo l pstone 4 se Q < 0 [gas ede energa] E nt < 0 temperatura dmnuse utlzzo espressone energa nterna E nt nr T n nr T T R gas-monoatomo W 0 E nt nrt n sempre vera!!! esempo: T lattna d spray su onte d alore ostante Q > 0 E nt > 0 aumenta temperatura aumenta pressone lattna esplode! p K N k B K T
17 trasormazon a pressone ostante [sobare] E nt Q W P n T p pstone lbero d muovers applo equazone d stato gas perett e espressone energa nterna p E nt nr T nr T nr T P n T nr T R P R W > 0 5 P R P + R gas monoatomo N.B. s ottene sempre P > legge d Mayer n una trasormazone a p ostante parte della energa Q assorbta deve essere spesa n lavoro meano R P - ostante unversale de gas aqusta sgnato so ome derenza d alor spe
18 trasormazon adabathe [sstema solato: NON sambo d alore] Q 0 E nt W 4 se W > 0 [gas ompe lavoro: espansone] E nt < 0 temperatura dmnuse 4 se W< 0 [gas subse lavoro: ompressone] E nt > 0 temperatura aumenta n ngegnera: espansone d gas ald n motor a ombustone ompressone ne motor desel applo equazone d stato gas perett p nrt dp d ( + p pd ) d ( nrt nrdt e espressone alore speo de nt n dt pd dt n dp + pd R dw ) pd dvdo ambo membr per p dp d ( P ) d + p dp p d + γ 0 ntegro: ln p + γ ln ostante pd ( P d P ) d pd γ p d d γ ostante
19 soterma p ostante adabata p γ ostante γ P + R > 1 la urva adabata è pù rpda d una soterma espressone alternatva per adabata: T p γ ( ) p ( ( ) γ 1 T ( ) ) γ γ 1 stato nzale stato nale ove s è utlzzata eq. stato gas perett p nrt
20 una trasormazone adabata partolare: espansone lbera d un gas proesso rreversble gas mprgonato nzalmente n metà amera doppa solata oupa entrambe le part della amera dopo apertura rubnetto Q W 0 0 sstema solato nessuno ompe lavoro E nt 0 n gas perett: E nt dpende solo da T qund NON ho varazone d T n espansone lbera adabata
21 trasormazon lhe [stato nale onde on stato nzale] seguo due perors dvers E nt 0 natt E nt dpende solo dallo stato del sstema Q W l lavoro atto durante l lo è par al alore assorbto lavoro area rahusa dalla urva la nel pano p W > 0 per lo perorso n senso oraro W < 0 per lo perorso n senso ant- oraro aumento dmnuso
22 alor spe molar d var gas energa neessara per aumentare T per n mol d gas dpende dal perorso NON ho un valore uno per Q Q Q n T volume ostante n P T pressone ostante per gas monoatomo teora neta de gas prevede: E nt K nrt E nt R 1.5 J / mol n T 5 p + R R 0.8 J / mol p 5 γ 1.67 [ho solo energa neta] K K p 5 R R per moleole omplesse equpartzone energa prevede: 1 k B T d [traslazonale, energa per ogn rotazonale, grado d vbrazonale, lbertà ] per gas batomo: 5 E nt K + E rot nrt 5 R 7 p + R R p 7 γ p 5 7 R R
23 alor spe 5 R 0.8 J / mol K R 1.5 J / mol K p 5 γ 1.67 p gas monoatomo valor teor p gas batomo 7 R 9.1 J / mol 5 R 0.8 J / mol p 7 γ K K valor spermental
24 sommaro Prma legge della termodnama: as partolar E nt Q L Isoterma E nt 0 Q L nrt ln Calor spe gas monoatomo gas batomo 5 R p R γ 5 7 R p R γ
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