II Principio Termodinamica

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1 II Prnpo ermodnama I Prnpo: legge d onservazone energa [NON ho lmt sulle trasormazon possbl] II Prnpo: spega perhé ert tp d trasormazon avvengono n una sola drezone uovo ade n un portauovo e s rompe: non osservo ma uovo rotto he s rompone r espansone lbera d un gas r 0 assa he svola su supere s arresta [attrto] sono proess rersbl [avvengono spontaneamente n una sola drezone]

2 Mahna erma [dspostvo utle per omprendere II prnpo] trasorma energa nterna n orme utl d energa [energa neta] unzonamento: a ompere lavoro a sostanza [ludo motore] medante trasormazone la modello semplato: 1) traserso energa da termostato aldo 2) la mahna ompe lavoro 3) edo energa a termostato reddo E 0 W nt ma net net W ma trasormazone la nel aso d gas peretto: ( p,, ) ( p,, ) W ma rea η W ma 1 rendmento: rapporto ra ò he ottene (lavoro) e ò he s spende (energa) N.. η 1100% solo se 0 [trasormo tutta energa assorbta n lavoro]

3 esempo: mahna a vapore ludo motore: aqua l aqua ompe un lo: 1) n aldaa dventa vapore; 2) vapore muove pstone; 3) vapore è ondensato n aqua redda; 4) aqua redda torna n aldaa.

4 II Prnpo termodnama [Kelvn-Plank]: è mpossble ostrure mahna terma he, operando su un lo, trasorm tutta energa assorbta n lavoro ossa è teoramente mpossble ostrure una mahna he lavor al 100% d rendmento ossa non esste l motore peretto è mpossble reuperare tutto l alore (dsperso n attrt present nella mahna) e trasormarlo n lavoro meano quanttà (anhe nntesma) d alore deve suggre qualunque moto è destnato a essare [NON esste moto perpetuo!!!] qualtà d energa s degrada mahna mpossble asmmetra n trasormazon energethe alore lavoro

5 Mahna d Carnot (1824) [mahna pù eente possble, teora] espansone soterma motore deale: trasormazon ersbl [molto lente, quas-stathe] NO attrt o turbolenze [dsperdono energa] gas peretto D ompressone adabata C espansone adabata C D ompressone soterma l lavoro svolto da sostanza sottoposta a lo d Carnot èla massma quanttà d lavoro possble per una data quanttà d energa ornta dal termostato aldo η 1 1 eorema d Carnot η 1 0 K mpossble! [dovre spendere energa nnta per arrvare a 0 K] tutte le mahne real sono meno eent d mahna d Carnot [trasormazon rersbl (velo), attrt ntern, ] esempo: motor auto entral elettronulear rendmento deale 55% rendmento deale 40% reale 25% reale 30%

6 applazone: mahna rgorera [rgorero, ondzonatore d ara ] mahna d Carnot opera on proess ersbl posso nvertrne l unzonamento pompa d alore: per traserre energa da termostato reddo a aldo devo mmettere energa /lavoro [nverto lusso naturale] oeente d prestazone (analogo a rendmento) COP energa lavoro W estratta svolto per mahna d Carnot N.. le pompe d alore sono ora utlzzate per rareddare le ase (ondzonator) rsaldare le ase: ludo rergerante assorbe energa da uor (termostato reddo) ede energa nterno asa (termostato aldo)

7 esempo: rgorero ludo motore: ammonaa (NH 3 ), reon (C Cl F 2 ) tal sostanze possono essere lqueatte a temperature ordnare e pressone non elevata ompressore mantene pressone elevata valvola regola espansone (evaporazone) lqudo; 1) sostanza evapora a ontatto termo on sorgente redda (assorbe alore); 2) sostanza passa a stato lqudo a ontato termo on sorgente sorgente alda (ede alore); 3) pompa svolge lavoro.

8 ossa II Prnpo termodnama [Clausus]: l energa non luse ma spontaneamente da un orpo reddo ad un orpo aldo è teoramente mpossble ostrure una mahna he ome uno rsultato trasersa alore da orpo reddo a orpo aldo (COP 100% ) ossa n natura esstono proess rersbl ossa trasormazon he avvengono n una drezone ben presa mahna mpossble ossa l tempo ha una drezone!!! enunato d Kelvn e Clausus sono equvalent: [dmostrazone per assurdo: negazoned uno mpla negazone altro] rersbltà a lvello mrosopo (passaggo d alore) pone lmt su trasormazon ra orme d energa

9 Entropa I Prnpo: la quanttà d energa s onserva II Prnpo: la qualtà d energa NON s onserva [energa s degrada rersblmente n attrt] enomen natural avvengono tutt n una determnata drezone [pur non volando l I prnpo se avvenssero n senso opposto] la drezone de enomen natural è ontrollata dalla varazone d entropa S: se n un sstema huso avvene un proesso rersble, l entropa del sstema aumenta, resta ostante per trasormazon ersbl, NON dmnuse ma 0 entropa NON segue legg d onservazone, aumenta sempre!! [tutt enomen natural sono rersbl] entropa S è unzone d stato: [dpende solo da stato del sstema e non dal modo n u s arrva] denzone: (1) sala marosopa: medante temperatura e alore (2) sala mrosopa: medante numero d possbl poszon d atom e moleole

10 Entropa: denzone marosopa [Clausus] dal teorema d Carnot dato he è alore assorbto e è alore eduto: + 0 n un lo d Carnot [proesso ersble] somma alor sambat dvs per orrspondent temperature n K è nulla 0 vale n generale per qualsas lo ersble!! entropa S [trasormazone nntesma ersble] n una trasormazone da a : S S d ds de d [S][]/ J/K NON dpende dal perorso solo da stat ed entropa è unzone d stato [ome p,,, E nt ]

11 applazon: alolo d S n trasormazon ersbl d d ds de adabata: d 0 S 0 sobara: d n soora: p d n p d n p d n p ln d n soterma: d n d n d n ln de d nt d dw 0 dw pd pd nrd nr ln genera trasormazone: de d nt d de nt dw + dw n d n + v d nr + pd d n n v d ln + + nr nr ln d

12 applazon: alolo d S n trasormazon rersbl 4 n Natura proess rersbl hanno drezone preerenzale 4 entropa ornse una msura d questa tendenza della Natura r d rersble ersble pohé S è unzone d stato alolo lungo trasormazone ersble tra stess stat e esempo: espansone lbera d un gas proesso rersble: 0, W 0 Ent 0, 0 proesso ersble equvalente: espansone soterma del gas tra e d dw pd d pd nrd nr [ ln ] nr ln > 0 entropa aumenta!

13 aumento d entropa: segnale he trasormazone avvene r spontaneamente r rersblmente entropa nda anhe evolvere verso equlbro: entropa aumenta se sstema evolve spontaneamente verso equlbro all equlbro ogn trasormazone nse entropa non aumenta pù stato d equlbro d un sstema stato d massma entropa entropa dell unverso aumenta sempre [n Natura sono moltssm enomen spontane ed rersbl] U 0 entropa è un ndatore della rea del tempo: drezone n u avvengono proess Natural è quella d massma entropa

14 Entropa: denzone mrosopa [oltzmann] meana statsta: desrve una sostanza n base a omportamento statsto d grande numero d atom e moleole esempo: teora neta de gas spega p e n termn moleolar sstem solat tendono al dsordne entropa msura lo stato d ordne e dsordne del sstema S k ln W W numero d mrostat possbl per un dato marostato [ongurazone] k J/K esempo: lano de dad [analogo dstrbuzone moleole gas n ontentore] marostato 7 [somma de numer] 6 mrostat [alto grado d dsordne, sono possbl dvers mrostat] marostato 2 [somma de numer] 1 mrostato [alto grado d ordne] n un gas marostat pù probabl sono quell pù dsordnat tutte le trasormazon she tendono verso stat pù probabl stato pù probable è quello d maggor dsordne [S maggore]

15 denzon equvalent d entropa varable d stato / msura d energa non onvertble n lavoro [attrt, turbolenze, ] ordne bassa entropa dsordne alta entropa msura dello stato d dsordne del sstema rea del tempo dsordne è pù probable d ordne msura moltepltà sstema