Il lavoro in termodinamica

Documenti analoghi
Il lavoro in termodinamica

CAPITOLO 2: PRIMO PRINCIPIO

GUGLIOTTA CALOGERO. Liceo Scientifico E.Fermi Menfi (Ag.) ENTROPIA

Introduzione alla II legge della termodinamica

Maurizio Piccinini A.A Fisica Generale B. Entropia. Scuola di Ingegneria e Architettura UNIBO Cesena Anno Accademico

Prova parziale di Fisica Generale L-B e di Elementi di Fisica L-B. Corsidilaureainingegneriacivileedenergetica. Prof. D. Galli. 25 maggio 2002 (1)

II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA. G. Pugliese 1

Gas ideale (perfetto):

Gas ideale (perfetto):

Energia e Lavoro. In pratica, si determina la dipendenza dallo spazio invece che dal tempo

Università degli Studi di Torino D.E.I.A.F.A. Forze conservative. Forze conservative (1)

FISICA per SCIENZE BIOLOGICHE, A.A. 2014/2015 Prova scritta del 24 Febbraio 2015

Le reazioni Sistemi termodinamici e loro caratterisctiche

Corso di Laurea in Scienze Ambientali Corso di Fisica Generale II a.a. 2014/15. Prova Scritta del 16/11/ NOME matricola:

Gas ideale (perfetto):

Variazione di entropia in trasformazioni irreversibili

Fisica Generale B. Secondo principio della termodinamica. Scuola di Ingegneria e Architettura UNIBO Cesena Anno Accademico

- Viene mantenuto ad una pressione molto bassa (gas rarefatto)

FISICA per SCIENZE BIOLOGICHE, A.A. 2005/2006 Prova scritta del 21 Giugno 2006

Lavoro di un sistema termodinamico

Lavoro ed Energia. Scorciatoia: concetto di energia/lavoro. devo conoscere nel dettaglio la traiettoria: molto complicato!!!

Dilatazione termica di solidi e liquidi:

Unità Didattica N 19D I principi della Termodinamica. Entropia

Trasformazioni termodinamiche - I parte

Unità Didattica N 5. Impulso e quantità di moto

Lavoro. Stato finale T f, P f, V f

FISICA. S = Q rev 373K

Calore Latente e cambiamenti di fase

Secondo Principio della Termodinamica

Energia interna di un gas perfetto

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE BIOLOGICHE Appello di FISICA, 22 febbraio 2011

Calore Latente e cambiamenti di fase

10 PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Entropia e disordine

Inizialmente il pistone è bloccato in una posizione = C. sull ambiente,

Università Politecnica delle Marche, Facoltà di Agraria. C.d.L. Scienze Forestali e Ambientali, A.A. 2010/2011, Fisica. Diagramma di fase:

Processi irreversibili

Fisica Generale I A.A.2003/04 1

Le forze conservative e l energia potenziale

termodinamica dei gas perfetti V i Funzione di stato Trasformazione isotermica di un gas perfetto: Q isot = L isot V = cost L = 0

7. TERMODINAMICA RICHIAMI DI TEORIA

Premessa essa sulle soluzioni

Fisica Generale - Modulo Fisica I A.A Ingegneria Meccanica Edile Informatica Esercitazione 10

Lezione 16 - Corrente e resistenza

urto v 2f v 2i e forza impulsiva F r F dt = i t

PROBLEMA 1. Soluzione. β = 64

Brevissima introduzione alla analisi termodinamica semplicata dei gruppi turbogas

Teoria cinetica dei gas

Termodinamica della radiazione di corpo nero

PdV. = f. Lavoro(2) volume tra V i e V f

Algebra Sia A un anello commutativo. Si ricorda che in un anello commutativo vale il teorema binomiale, cioè. (a + b) n = a i b n i i.

SOLUZIONI. p T. p T. nella quale la temperatura va espressa in Kelvin e non in gradi Celsius, per cui occorre convertire:

Forme di energia energia accumulata energia interna, energia esterna energia in transito calore, lavoro

Termodinamica. Descrizione macroscopica e microscopica.

Equilibri eterogenei

Ci sono solo forze interne se il sistema scelto e costituito dalla pallina e dal pupazzetto. In questo caso si conserva la quantità di moto per cui:

Esame di Fisica I Corso di Laurea in Chimica 28/06/2013

C m. Calore specifico

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE BIOLOGICHE APPELLO di FISICA, 16 Giugno 2017

Lezione n. 10. Legge di Raoult Legge di Henry Soluzioni ideali Deviazioni dall idealit. idealità Convenzioni per le soluzioni reali

Lez. 10 Forze d attrito e lavoro

Equilibrio termodinamico

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TERAMO

POLITECNICO DI TORINO DIPLOMI UNIVERSITARI TELEDIDATTICI

Intorduzione alla teoria delle Catene di Markov

Equilibrio e stabilità di sistemi dinamici. Stabilità dell equilibrio di sistemi dinamici non lineari per linearizzazione

1 La domanda di moneta

Le forze conservative e l energia potenziale.

Propagazione degli errori

Energia e Lavoro (I)

Equilibri Chimici. Processi chimici indipendenti & reazioni in fase gas

Una semplice applicazione del metodo delle caratteristiche: la propagazione di un onda di marea all interno di un canale a sezione rettangolare.

PROBLEMA DI SCELTA FRA DUE REGIMI DI

Distribuzione di Boltzmann. Nota

Università di Napoli Parthenope Facoltà di Ingegneria

Calcolo della temperatura di uscita dal primo stadio del reattore di conversione del CO per abbattere il tenore di CO fino ad un valore fissato.

PICCOLE OSCILLAZIONI ATTORNO ALLA POSIZIONE DI EQUILIBRIO

I gas. Pressione: tendenza del gas ad espandersi. 1 atm = 760 torr (o anche mmhg) = Pa = bar

Elettricità e circuiti

Lezione n. 7. Legge di Raoult Legge di Henry Soluzioni ideali Deviazioni dall idealit. idealità. Antonino Polimeno 1

1 Le equazioni per le variabili macroscopiche: i momenti dell equazione di Boltzmann

asse fisso nel tempo in rotazione attorno ad un asse fisso dell asse di rotazione rimarranno fermi al passar del temporispetto al sistema inerziale

Seconda legge della termodinamica per una massa di controllo

ESERCIZI ESERCIZI. La termodinamica Stati termodinamici e trasformazioni

Fisica Generale A. 15. II Principio della Termodinamica. ( ) dv. =! p V < 0 perché V 2. Irreversibilità. Irreversibilità (II)

Elettroliti AB A + + B - : 1 = n mol dissociate : n mol iniziali. 1 n (1 ) Per una mole di AB Per n moli di AB

Determinazione del momento d inerzia di una massa puntiforme

Sistemi punti, forze interne ed esterne

QUANTITA DI MOTO LEGGE DI CONSERVAZIONE DELLA QUANTITA DI MOTO. Kg m/s. p tot. = p 1. + p 2

Statistica di Bose-Einstein

Dinamica dei sistemi particellari

! A! B = Scalare. !! A B = Vettore. I vettori sono quantità più complicate degli scalari

6.1- Sistemi punti, forze interne ed esterne

CARATTERISTICHE DEI SEGNALI RANDOM

Molla e legge di Hooke

La termodinamica del secondo principio

Transcript:

Il lavoro n termodnamca Il lavoro esterno: W est =-F e Dl (-: orza e spos. dscord) Il lavoro atto dal sstema sarà: W=-W est = F e Dl La orza eserctata dall ambente può essere dervata dalla pressone esterna: F e =P e S (S= area pstone) S ottene: W=F e Dl=P e SDl=P e DV (DV=var. volume gas) Se la trasormazone è reversble (quas statca) la pressone esterna=nterna (equlbro meccanco) Il lavoro dventa W= PDV Se la trasormazone è reversble possamo suddvderla n tratt nntesm e l lavoro n cascun tratto sarà dato da: dw= PdV

Lavoro su trasormazone reversble Per una trasormazone reversble tra uno stato nzale ed uno stato nale, l lavoro complessvo è dato dalla somma de lavor elementar ovvero W = PdV Se la trasormazone è rappresentata nel pano PV d Clapeyron, esso è par all area sottesa dalla curva rappresentatva della trasormazone stessa Nel caso d una espansone (V >V ) l lavoro è postvo Nel caso d una compressone (V <V ) l lavoro è negatvo Percorrendo al contraro la trasormazone reversble, da ad, l lavoro camba d segno

Dpendenza lavoro da trasormazone Consderamo uno stato nzale ed uno nale e tre trasormazon dstnte per andare da ad 1) socora (V=cost.) + sobara (P=cost.) 2) sobara (P=cost.) + socora (V=cost.) 3) dretta P P D P C W W W V = C PdV = c C C PdV + PdV = P dv = P V 1 V c = V = 0 socora dv=0 = PdV = PdV PdV P + = D V = P ( V ) D V = P ( V ) D D dv = P V 2 = 0 socora dv=0 V D = V ( P P )( V ) 3 = Area sotto la trasormazone = W 1 + V 1 2 V V

Lavoro adabatco Supponamo d solare l sstema dell ambente esterno con paret adabatche n modo da mpedre scamb d calore con l esterno ad esempo utlzzamo un sstema come quello rappresentato n gura In qualunque modo vene eettuata la trasormazone pù lentamente o pù rapdamente, azonando prma l mulnello e po l generatore azonando prma l generatore e po l mulnello Il lavoro eettuato non dpende dalla partcolare trasormazone ma solo dallo stato nzale e da quell nale

Lavoro adabatco L osservazone che l lavoro adabatco atto da un sstema termodnamco dpenda solo dalle condzon nzal e nal porta a desumere che deve esstere una unzone delle coordnate termodnamche che rappresentano lo stato del sstema tale che la derenza da essa assunta tra lo stato nzale e quello nale, sa par al lavoro eseguto dal sstema durante la trasormazone. U U = W Tale unzone delle varabl dello stato del sstema (o unzone d stato) è detta energa nterna del sstema adab DU = U U = W adab Il segno meno ndca che quando l sstema esegue lavoro adabatco, W >0, lo a a spese della sua energa nterna che, qund dmnusce: DU<0

La unzone energa nterna L osservazone atta sul lavoro adabatco c dce che esste una unzone d stato, l energa nterna: U(P,V) - U(V,T) - U(P,T) La varazone dell energa nterna non dpende dalla partcolare trasormazone subta dal sstema termodnamco, reversble, rreversble, adabatca, non adabatca, senza scamb d lavoro, ma solo dallo stato nzale e dallo stato nale Per una trasormazone nntesma la varazone d energa nterna sarà data da du=-dw adab du è un derenzale esatto Esste la unzone U tale che la varazone dell energa nterna è data dalla derenza d valor assunt dalla unzone nel punto nale meno quello del punto nzale Anche l lavoro adabatco, dw adab, è un derenzale esatto.

I prncpo della termodnamca E noto che è possble eettuare una trasormazone a pressone costante (atmoserca) che port la temperatura d una certa quanttà d acqua dalla temperatura nzale T a quella nale T senza compere lavoro (ad esempo rscaldando l contentore conduttore d calore medante una amma o acendolo nteragre con un termostato) In questa trasormazone la varazone della unzone energa nterna è la stessa che s può avere nel caso d una trasormazone adabatca che acca passare l sstema dallo stesso stato nzale allo stesso stato nale DU=U -U In questo caso, però, non è stato eseguto alcun lavoro ma è stato solo consentto lo scambo d una certa quanttà d calore Q dall ambente al sstema

I prncpo della termodnamca Anché l prncpo d conservazone dell energa contnu a valere deve rsultare che l calore Q scambato durante la trasormazone sa uguale alla varazone d energa nterna del sstema: DU=Q Per convenzone (legata al unzonamento delle macchne termche) l calore s consdera postvo se assorbto dal sstema e negatvo n caso contraro Nel caso pù generale d trasormazone tra stato nzale e nale che rcheda anche l eettuazone d un certo lavoro la varazone d energa nterna del sstema sarà: DU=Q-W

I prncpo della termodnamca DU=Q-W è l espressone matematca del Prmo Prncpo della Termodnamca: Quando un sstema passa dallo stato nzale allo stato nale, la varazone dell energa nterna non dpende dalla partcolare trasormazone eseguta ma soltanto dallo stato nzale e da quello nale ed è par all energa acqusta dall ambente crcostante come lusso d calore meno l lavoro eseguto sull ambente crcostante Il Prmo Prncpo della Termodnamca può essere applcato n ogn processo che avvene n natura n cu ntervengono scamb d energa anche sotto orma d calore. Vale sa per process reversbl sa per quell rreversbl

I prncpo della termodnamca Dal Prmo Prncpo della Termodnamca s desume: esste una unzone energa nterna del sstema che è unzone dello stato del sstema l energa s conserva l calore è una orma d energa, n partcolare è l energa scambata tra l sstema e l ambente crcostante attraverso conn del sstema a causa d una derenza d temperatura tra l sstema e l ambente crcostante essendo l calore un energa, nel SI s msura n Joule

Gas peretto Consderamo una massa m d gas contenuta n un recpente d volume V avente, qund, denstà: r=m/v La quanttà d gas contenuta nel volume V può essere espressa n termn d mol. Rcordamo che una mole d una qualunque sostanza è una quanttà d sostanza contenente esattamente un numero d element elementar (atom come Cu, Fe, gas noble come He, Ne oppure molecole come H 2 O, CO 2, H 2, O 2, ecc) par al numero d Avogadro N A =6.022x10 23. La massa d una mole d sostanza è, qund, uguale ad un numero d gramm par al peso atomco o molecolare della sostanza stessa per cu la relazone tra massa m, numero d mol n e peso molecolare M è: m=nxm

Gas peretto S è osservato che a denstà sucentemente basse, tutt gas, ndpendentemente dalla loro composzone chmca, hanno una equazone d stato molto semplce che collega tra loro valor delle coordnate P, V e T PV=nRT In cu n è l numero d mol ed R è la costante unversale de gas (dervata dalle Legg d Avogadro, Charles-Gay Lussac e Boyle) ltr atm R = 0.08205 mole K = joule 8.314 mole K cal = 1.986 mole K S densce gas peretto o deale, un gas che ha questo semplce comportamento n qualsas condzone (qund anche a denstà elevate)

Energa nterna d un gas peretto La dpendenza dell energa nterna d un gas peretto dalle sue coordnate termodnamche può essere desunta dall espermento d espansone lbera d Joule L espansone lbera è una trasormazone rreversble n quanto, durante la trasormazone, non è vercato l equlbro meccanco. Per tale motvo non s possono usare le coordnate termodnamche del sstema per calcolare l lavoro. S può osservare, però, che la pressone esterna rmane costante e che, nell potes d contentore rgdo non s ha varazone d volume per cu vale la relazone W=P e DV=0

Energa nterna d un gas peretto Per valutare l calore scambato durante la trasormazone s potrebbe usare un calormetro e s vercherebbe che la temperatura nzale e quella nale del calormetro sono ugual per cu: Il calore Q scambato dal gas con l calormetro è zero (essendo nulla la varazone d temperatura); La temperatura nale del gas è uguale a quella nzale (n quanto uguale a quella del calormetro) Da cò e da esperment pù precs condott n seguto, s desume che per un gas peretto Q e W sono null e, dal prmo prncpo della termodnamca, s ha che la varazone d energa nterna del gas è nulla (DU=0 ovvero U =U ) Per cu l energa nterna d un gas peretto e unzone solo della sua temperatura

Var. energa nterna Gas Peretto Consderamo una trasormazone qualsas (anche non reversble) che port un sstema costtuto da una certa quanttà d gas peretto da uno stato nzale ad uno nale. Poché l energa nterna è una unzone d stato, s può calcolare la sua varazone utlzzando, nvece della trasormazone consderata, una qualsas altra che port l sstema dallo stato nzale a quello nale per la quale sa pù agevole l calcolo.

Var. energa nterna Gas Peretto È stata consderata una trasormazone reversble socora che port l gas peretto dalla temperatura nzale e quella nale e po un trasormazone reversble soterma che port l gas peretto al suo stato nale. La varazone d energa nterna del gas sarà, qund, par alla somma della varazone d energa nterna delle due trasormazon DU =DU c +DU c Poché sappamo che l energa nterna d un gas peretto dpende solo dalla temperatura DU c =0 Lungo la trasormazone socora c, l lavoro computo dal sstema è nullo (W=PDV=0) percò per l prmo prncpo della termodnamca DU c =Q

Var. energa nterna Gas Peretto Il calore Q è, per potes, scambato reversblmente. Per eettuare la trasormazone c, occorrono, qund, nnt serbato d calore cascuno con una temperatura che dersce dal precedente per un nntesmo dt che, mess successvamente a contatto con l nostro sstema, provvedano ad elevare reversblmente la sua temperatura da T a T Il calore scambato con cascun serbatoo è dq=nc v dt Cv è l calore molare a volume costante Il calore totale sarà (nell potes che l calore molare sa nvarante rspetto alla temperatura) c nc dt = nc ( T T ) = nc ( T T ) V V c V

Var. energa nterna Gas Peretto S può concludere che, per una qualsas trasormazone subta da un sstema costtuto da n mol d gas peretto, la varazone d energa nterna è data da DU =nc v (T -T ) e, per una trasormazone nntesma da du=nc v dt