TERMODINAMICA. trasmissione del calore

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Fabiola Innocenti
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1 TERMODINAMICA Lo studio delle proprietà e della Lo studio delle proprietà e della trasmissione del calore

2 CALORE Il CALORE è una forma di energia e come tale può trasformarsi in altre forme di energia; si misura in calorie (cal) o in joule (J); 1 cal = 4,18 J Troviamo il calore sotto due forme: Calore nei corpi (solidi o fluidi), legato all agitazione termica delle molecole che li costituiscono Calore raggiante, che viene emesso e assorbito dai corpi (sia solidi che fluidi, cioè liquidi o gassosi) e si propaga nello spazio circostante, anche nel vuoto, sotto forma di onde elettromagnetiche (raggi infrarossi)

3 TEMPERATURA La TEMPERATURA è una misura della quantità di calore presente in un corpo in relazione alla capacità termica del corpo stesso. Dal punto di vista microscopico, la temperatura di un corpo èdirettamenteproporzionale p all energia cinetica media delle molecole che lo costituiscono (che vibrano attorno a una posizione fissa nei solidi, mentre traslano nei fluidi): 3 E ave = kt 2 Con E = en.cinetica media delle molecole; T = temperatura assoluta ( K); k = cost. di Boltzmann (k=1, J/ K)

4 TRASMISSIONE DEL CALORE Il calore si trasmette in tre modi: Per CONDUZIONE, per contatto tra corpi solidi o fluidi, senza trasporto di materia calda, ma trasmettendo energia cinetica microscopica dalle molecole di un corpo a quelle dell altro, fluendo naturalmente dai corpi più caldi (temperatura maggiore) a quelli più freddi (temperatura minore) Per CONVEZIONE, nei soli corpi fluidi, per spostamento di materia calda (a causa della variazione di densità della materia con il suo riscaldamento, e conseguente galleggiamento della materia calda su quella fredda). Es.: i movimenti di acqua dal basso in alto e viceversa in una pentola sul fuoco Per IRRAGGIAMENTO, A per emissione i di raggi infrarossi i da qualunque corpo, proporzionalmente alla quarta potenza della temperatura assoluta del corpo stesso e alla sua superficie (legge di Stefan-Boltzmann)

5 Capacità termica e calore specifico La CAPACITA TERMICA di un corpo è data dal rapporto tra il calore assorbito e il conseguente innalzamento di temperatura: maggiore è la capacità termica e meno il corpo risente, in termini di temperatura, dell immissione di calore in esso. Un parallelo logico può essere stabilito con l idraulica: la quantità di calore corrisponde alla quantità di liquido in un recipiente; la temperatura al livello raggiunto dal liquido nel recipiente e la capacità termica alla capacità idraulica del recipiente stesso. La capacità termica è legata sia alla sostanza di cui il corpo è fatto che alla sua massa (quantità di materia capace di immagazzinare il calore): C = m c in cui C = capacità termica (in J/ K opp. cal/ K), m = massa del corpo (in kg); c = calore specifico del corpo (in J/ K kg opp. in cal/ K kg)

6 PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Il primo principio della termodinamica costituisce una legge di conservazione dell energia energia, estesa all energia termica. In formule esso può essere espresso come: Q=L+ U in cui: Q è il calore scambiato da un sistema (es.: il calore comunicato da una fiamma al gas contenuto in un cilindro con pistone), L è il lavoro meccanico svolto da quel sistema (es.: per sollevare il pistone mentre il gas riscaldato si espande) e U è l aumento di energia interna del sistema (es: aumento della temperatura del gas) Q L U

7 SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Essenzialmente il secondo principio della termodinamica sancisce l impossibilità di produrre lavoro fisico avendo a disposizione una sola fonte di energia (es.: un unica regione posta tutta a una stessa temperatura). Infatti, intuitivamente, per poter far fluire l energia e captarne una frazione (= rendimento) trasformabile in lavoro, servono due livelli energetici a disposizione, uno da cui l energia fluisce ( sorgente ) eunaltroin cui l energia refluisce ( pozzo ). Ad esempio, per una macchina a vapore, la fiamma è la sorgente e l ambiente circostante (avente temperatura inferiore rispetto alla fiamma e verso cui il calore non utilizzato t rifluisce) è il pozzo. Tradotto in figura, Q1 è sempre non nullo. Q 2 Q 1 L

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