Corso di Fisica Tecnica Ambientale. Introduzione alla Termodinamica: terminologia

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Aurora Dolce
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1 Introduzione alla Termodinamica: terminologia

2 Termodinamica La Termodinamica è la scienza che studia le modificazioni subite da un sistema in conseguenza del trasferimento di energia principalmente sotto forma di calore e lavoro.

3 Terminologia Sistema e ambiente Caratteristiche di un sistema Approccio Macroscopico Proprietà termodinamiche (termostatiche) Stato termodinamico ed equazioni di stato Trasformazioni termodinamiche Calore e Lavoro

4 Sistema e ambiente Sistema Il sistema è la quantità di materia o la regione di spazio oggetto di studio. Ambiente Tutto ciò che è esterno al sistema costituisce l ambiente ambiente.

5 Caratteristiche di un sistema Chiuso (aperto) A pareti rigide e fisse (a pareti mobili) Adiabatico (diatermano) Isolato (non isolato)

6 Approccio Macroscopico Sistema come continuo Non interessa ciò che avviene a livello atomico o molecolare Grandezze macroscopiche come medie statistiche Direttamente associate ai nostri sensi e misurabili

7 Proprietà termodinamiche La proprietà è qualunque grandezza che caratterizza il sistema. intensiva il valore è indipendente dall estensione del sistema. estensiva il valore è dipendente dall estensione del sistema. pressione, temperatura, conducibilità termica massa, entropia, volume,energia

8 Proprietà specifiche proprietà estensiva massa proprietà specifica volume specifico, energia specifica, entropia specifica

9 Stato termodinamico e Equazioni di Stato Lo stato termodinamico di un sistema è definito dall insieme dei valori delle N proprietà termodinamiche. Per definire univocamente lo stato termodinamico sono necessarie solo un numero limitato M (M<N) di proprietà indipendenti. Le restanti proprietà termodinamiche (N-M) possono essere ricavate dalle M assegnate sulla base di equazioni costitutive anche definite equazioni di stato.

10 Sistema semplice p,v,t Un sistema costituito da una sostanza pura il cui stato intensivo è costituito da due proprietà interne intensive indipendenti è un sistema semplice. Qualora queste due proprietà possano essere scelte tra la pressione, la temperatura e il volume specifico il sistema viene definito sistema semplice comprimibile o p,v,t.

11 Trasformazioni termodinamiche Un sistema si dice in equilibrio termodinamico se le sue proprietà restano costanti nel tempo. Si definisce processo o trasformazione termodinamica una qualunque modificazione che comporti la variazione di almeno una delle proprietà termodinamiche del sistema; la trasformazione si dice finita o infinitesima se tale variazione è finita o infinitesima. Una trasformazione finita che riporta il i sistema nel suo stato iniziale si dice chiusa o ciclica.

12 Trasformazioni quasi statiche Una trasformazione finita costituita da una successione di trasformazioni infinitesime in cui il sistema attraversa stati successivi di equilibrio si dice trasformazione quasi statica. P, T T = cost. P, T T = cost. P, T T = cost. P+ dp, T T = cost. P, T T = cost. Questa trasformazione NON è quasi statica Questa trasformazione è quasi statica: il sistema ha subito una compressione isoterma

13 Trasformazioni reversibili e irreversibili Si definisce reversibile una trasformazione che, partendo da uno stato iniziale di equilibrio termodinamico, evolva in modo tale che il sistema e l ambiente possano sempre essere riportati nei rispettivi stati iniziali ripercorrendo la stessa trasformazione. Ciò implica che tale trasformazione passi attraverso una successione di stati di equilibrio. Una trasformazione si definisce irreversibile se non è quasi statica ed è soggetta a fenomeni dissipativi (attriti, viscosità, isteresi, ecc.).

14 Calore e Lavoro Forme di energia che attraversano i contorni del sistema durante una qualsiasi trasformazione. Calore, Q Trasferimento di energia in conseguenza di una differenza di temperatura fra sistema e ambiente. Positivo se l energia è fornita al sistema, negativo nel caso opposto. Lavoro, L Tutte le altre forme di energia scambiata fra sistema e ambiente. Positivo se compiuto dal sistema verso l esterno, negativo nel caso opposto.

15 Lavoro di variazione di volume SISTEMA CHIUSO TRASFORMAZIONE QUASI STATICA P F PA = F δl L = Fdx = PAdx = PdV δl l = Pdv x L = PdV l = Pdv L negativo L positivo Piano di Clapeyron (P,v)

16 Termodinamica classica Si occupa dei sistemi chiusi in condizioni di equilibrio termodinamico. Le trasformazioni sono quasi statiche e le proprietà termodinamiche intensive, non dipendono dallo spazio, ma sono uniformi nel sistema. Ad es. sistema pistone-cilindro (espansione, compressione, )

17 Termodinamica del continuo Si occupa di sistemi chiusi o aperti che possono trattarsi come un continuo materiale. L ipotesi di fondo si basa sull equilibrio locale. Ad es. una trasformazione adiabatica in un condotto.

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