I PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA

LA TERMODINAMICA

Quando abbiamo studiato la dinamica abbiamo visto che le forze e in moto si scambiavano energia sotto forma di lavoro. Il calore veniva considerato solo come Un flusso di energia dissipato da forze che si opponevano al modo stesso. Però il lavoro può essere convertito almeno in parte il lavoro meccanico. Lo studio della trasformazione di calore in lavoro, e di lavoro in calore, inizia nell'Ottocento e creò quella branca della fisica chiamata termodinamica. Questi studi hanno un'importanza fondamentale perché sono collegati alle macchine termiche come i motori a scoppio e le macchine frigorifere.

SISTEMI TERMODINAMICI

Un sistema termodinamico è una quantità di materia che è contenuta all'interno di una superficie chiusa. L'ambiente è l'insieme dei corpi con cui il sistema termodinamico interagisce. La caratteristica fondamentale di un sistema termodinamico è che scambia energia con l'esterno sotto forma di calore, per effetto di una differenza di temperatura. Quando si vuole impedire il flusso di calore tra sistema e ambiente, si pone il sistema stesso all'interno di pareti adiabatiche, cioè delle pareti fatte di materiali estremamente isolanti. Spesso, In molti casi pratici, si pone il sistema in contatto con un corpo che ha una capacità termica così alta da mantenere costante la sua temperatura; questo corpo si chiama termostato.

STATI DI EQUILIBRIO E DIAGRAMMA DI CLAPEYRON

Lo stato di un sistema termodinamico è definito dalle grandezze fisiche, dette variabili termodinamiche, che abbiamo già studiato, ovvero il volume V il numero di moli n, la pressione p e la temperatura T del gas. Una volta note queste variabili possiamo rappresentarle sul diagramma di Clapeyron o diagramma p-V Su questo diagramma, noto anche il numero di moli, possiamo poi determinare la temperatura applicando l'equazione di stato del gas perfetto

TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE


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LAVORO E TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE


PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA


OSSERVAZIONI




MACCHINE TERMICHE

Le macchine termiche trasformano il calore in lavoro, tramite trasfomazioni cicliche, utilizzando un fluido di lavoro.
Lo schema di una macchina termica lo si può dividere in 3 fasi: Poichè non tutto il calore diventa lavoro, si introduce il concetto di rendimento, ovvero la percentuale di calore convertito

Una prima classificazione la possiamo fare tra macchine a combustione esterna ed interna.

MOTORE A BENZINA A QUATTRO TEMPI

Entriamo ora nel dettaglio del motore a 4 tempi a benzina. Ci accorgiamo che abbiamo òe seguenti trasformazioni termodinamiche:

MOTORE DIESEL


MACCHINE FRIGORIFERE


IMPIANTI DI RISCALDAMENTO


SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Il secondo principio della termodinamica ci indica la direzione delle trasformazioni energetiche, ovvero quelle possibili.
viene formulato in due enunciati diversi, ma che si dimostra essere equivalentI: di Clausius e di Kelvin

IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA SECONDO KELVIN

NON esiste una macchina che abbia, come unico risultato, la trasformazione del calore da un'unica sorgente in lavoro

IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA SECONDO CLAUSIUS

NON esiste una macchina che abbia, come unico risultato, il portare calore da una sorgente a temperatura più bassa ad una più alta
Le differenze sono dovute al fatto che il calore è collegato al moto microscopico delle particelle
Infine introduciamo una grandezza che ci indica l'irreversibilità di una trasformazione: l'entropia



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