Termodinamica. Ireneo Kikic. DICAMP - SFLAB - University of Trieste

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Giustina Molinari
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1 ermodinamica Ireneo Kikic DIAM - FLAB - University of rieste IRENEO.KIKI@DIAM.UNI.I

2 rimo principio della termodinamica alore e lavoro solo quando sono trasferiti tra i corpi Energia uò essere convertita uò essere immagazzinata Energia interna Energia può assumere diverse forme ma la quantità totale è costante Δ(energia del sistema) + Δ(energia dell ambiente) = 0

3 rimo principio della termodinamica (energia dell ambiente) = ositivi se dall ambiente verso il sistema (energia del sistema) = U t E t k E p Energia interna U t E t k E p pesso in istemi chiusi U t du t d d

4 rimo principio della termodinamica i riferisce ad una variazione delle caratteristiche del sistema U t ariazioni a livello molecolare ariazione dello stato termodinamico Determinato dalle proprietà termodinamiche ( e ) Altre proprietà termodinamiche non dipendono dalla storia o dal percorso ma solo dallo stato

5 p p rimo principio della termodinamica d U t Il differenziale (variazione infinitesima) integrato dà una differenza finita Non sono proprietà, tengono conto delle variazioni che avvengono nell ambiente e dipendono dalla natura del processo d e d I differenziali (quantità infinitesime) integrati danno quantità finite

6 Entalpia t U t t Funzione di stato d du d ( ) Riferiti all unità di massa U ( ) = cost d du d U

7 II rincipio della termodinamica Evidenze sperimentali impossibilità dell inversione spontanea di processi naturali lavoro convertibile totalmente in calore e non viceversa alore è una sottospecie di energia

8 II rincipio della termodinamica Evidenze sperimentali impossibilità dell inversione spontanea di processi naturali lavoro convertibile totalmente in calore e non viceversa alore è una sottospecie di energia

9 II rincipio della termodinamica Enunciati non esiste una macchina che, operando in maniera ciclica, riesca a produrre come solo effetto la conversione completa del calore assorbito in lavoro non esiste nessun processo il cui unico effetto sia il passaggio del calore da una temperatura più bassa ad una temperatura più alta Il massimo rendimento si ha per una macchina reversibile utte le macchine reversibili hanno lo stesso rendimento se operano tra le stesse temperature

10 II rincipio della termodinamica Macchina di arnot per il gas ideale rendimento

11 II rincipio della termodinamica Macchina di arnot per il gas ideale rasf. isoterme AB R ln A B D R ln D rasf. adiabatiche B DA B DA U U B DA d d

12 II rincipio della termodinamica D A B D A B B A D R ln Macchina di arnot per il gas ideale B A B A B A DA D B AB R R R ln ln ln

13 Entropia 0 vale per un sistema chiuso in un processo ciclico La somma delle variazioni di una proprietà nel ciclo è 0

14 Entropia ono variazioni di proprietà per gli step isotermi del ciclo Esiste una proprietà d d rev

15 Entropia d d 0 d rev 0 d rev d Esiste una proprietà intrinseca di un sistema collegata a variabili misurabili che è chiamata entropia. er un processo reversibile essa è data da: d t = d rev

16 Entropia di un gas ideale d d R R d d R d d d d d d d du d U d d d d du id id rev rev rev ln

17 Entropia di processi naturali totale totale erbatoi di calore a due temperature diverse > 0

18 Entropia di processi naturali Allo stesso risultato si arriva anche se si suppone che nel passaggio non ci sia variazione di entropia Il segno di uguaglianza vale per i processi reversibili utti i processi procedono in una direzione tale che la variazione di entropia associata sia positiva e il valore zero è raggiunto solo se il processo è reversibile. Nessun processo è possibile se avviene con diminuzione di entropia.

19 erza legge della termodinamica OULAO L entropia è nulla per le sostanze allo stato cristallino allo zero assoluto.

20 Entropia e stato microscopico ontenitore isolato N A vuot o N A Espansione adiabatica con lavoro nullo > 0 rocesso irreversibile N A vuot o N A AO ORDINAO AO IU DIORDINAO

21 Entropia e stato microscopico Espressione quantitativa del disordine: numero di maniere diverse secondo le quali le particelle microscopiche possono essere distribuite negli stati accessibili. N numero totale particelle N numero di particelle nello stato Nel nostro caso gli stati sono, N = N A e inizialmente le particelle sono in un unico stato Inizialmente le molecole possono essere distribuite solo in un solo modo N N! N/ (N/)! E E+64.0E+9

22 Entropia e stato microscopico Il rapporto tra il particolare e la somma di tutti quelli possibili rappresenta la probabilità della particolare distribuzione Equazione di Boltzmann Nel caso considerato: er numeri molto grandi è valida l approssimazione di tirling:

23 alcolo dell entropia ariazione di entropia da liquido a gas a temperature e pressioni diverse

24 alcolo dell entropia 4 3 ln R d d G ev L ariazione di entropia da liquido a gas a temperature e pressioni diverse

25 Relazioni termodinamiche dy y Z dx x Z dz y x Z Z x y, G U A U G A G A U U d d dg d d da d d d d d du

26 Relazioni termodinamiche x y Z y x Z dy y Z dx x Z dz y x Z Z x y, d d dg d d da d d d d d du

27 Esempio di applicazione delle relazioni d d d d d d d alcolo di a temperatura costante

28 alcolo dell energia libera di Gibbs G d R d R R G d d R G d R R G d d R G dg R R G d d d dg f R G, R R G R A R R R U R G R R R G R R G R

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