Fisica: Primo principio della termodinamica - Sofia Chironi

Esposizione del primo principio della termodinamica e convenzione dei segni a partire dai concetti di sistema termodinamico,energia interna di un sistema, trasformazioni termodinamiche reali, quasistatiche e cicliche.

1. 1 I.I.S.S. “Salvatore Trinchese ” -Martano Primo Principio della Termodinamica Sofia Chironi III AS

2. 2 I sistemi termodinamici L’ energia interna di un sistema L’energia cinetica di un sistema Le trasformazioni reali Le trasformazioni quasistatiche Le trasformazioni quasistatiche particolari Le trasormazioni cicliche Il lavoro termodinamico a pressione costante (espansione e compressione isobara) Espansione reale Primo principio della termodinamica Convenzione dei segni

3. 3 Cos’è la termodinamica La TERMODINAMICA è un una branca della fisica classica che studia le trasformazioni termodinamiche indotte da variazioni di calore e lavoro in un sistema termodinamico.

4. I sistemi termodinamici 4 Un SISTEMA TERMODINAMICO è un sistema fisico utilizzato per studiare le proprietà macroscopiche di una sostanza ( come temperatura, pressione e volume ).

5. 5 I sistemi termodinamici si suddividono in 3 categorie sulla base delle proprie interazioni energetiche e caloriche con l’ ambiente esterno al sistema stesso. I sistemi termodinamici

6. 6 L’ energia interna di un sistema L’ energia interna è l'energia posseduta da un sistema a livello microscopico, cioè l'energia posseduta dalle entità molecolari di cui è composto ed è identificabile nella somma dell’ energia cinetica (data dal moto delle molecole e degli elettroni del corpo) e l’ energia potenziale (dovuta alla posizione delle proprie particelle).

7. 7 L’ energia interna di un sistema L’ energia interna di un sistema è un esempio di una funzione di stato ovvero una grandezza fisica la cui variazione nel passare da uno stato A ad uno stato B attraverso una trasformazione termodinamica dipende esclusivamente dallo stato iniziale e finale e non dal percorso seguito. Δ U=U b -U a

8. 8 L’ energia cinetica di un sistema Energia cinetica molecolare K B =1/2 mV Energia cinetica gas monoatomico K TOT =3/2 K B T Energia cinetica gas biatomico K TOT =5/2 K B T Energia cinetica gas poliatomico K TOT =3 K B T 2

9. 9 Le trasformazioni reali Le trasformazioni reali sono i passaggi di un sistema da uno stato di equilibrio termodinamico A ad uno stato di equilibrio termodinamico B in un intervallo di tempo limitato. Negli stati intermedi il comportamento del sistema è molto complesso e i valori di pressione e temperatura durante la trasformazione sono racchiusi in un ‘’fuso’’.

10. 10 Le trasformazioni quas istatiche Le trasformazioni quasistatiche sono trasformazioni termodinamiche di un sistema che avvengono molto lentamente sistema da uno stato di equilibrio termodinamico A ad uno stato di equilibrio termodinamico B attraversando una successione infinita di stati di equilibrio . La trasformazione rappresenta una linea continua sul diagramma pressione-volume.

11. 11 Le trasformazioni quas istatiche particolari

12. 12 Le trasformazioni cicliche Le trasformazioni cicliche sono trasformazioni termodinamiche in cui il gas in un sistema chiuso passa da uno stato di equilibrio termodinamico A ad uno stato B per poi ritornare allo stato iniziale A .

13. 13 Le trasformazioni cicliche Wₑ>0 W c <0 W tot >0 W tot = W ₑ + W c espansione compressione

14. 14 Lavoro termodinamico a pressione costante W= F · s F=p·S s=h B -h A W=p · S · Δ h Δ V W=p · Δ V h B h A

15. 15 Espansione ISOBARA W=p · Δ V Δ V>0 -> Δ W>0

16. 16 Compressione ISOBARA W=p · Δ V Δ V<0 -> Δ W<0

17. 17 Espansione reale W= ∫p · Δ V Vb Va

18. 18 Il primo principio della termodinamica Durante l’espansione il gas acquista energia sotto forma di calore dal fornello ma cede energia sotto forma di lavoro positivo sull’ambiente poiché solleva il pistone. Δ U=Ub-Ua Se poniamo un cilindro con pistone mobile contenente gas (sistema chiuso) su un fornello accesso per un intervallo di tempo Δ t esso compierà un’ espansione passando da uno stato A ad uno stato B .

19. 19 Il primo principio della termodinamica Δ U=Q-W L’energia si conserva quindi Assorbito Compiuto

20. 20 Convenzione dei segni sul calore ASSORBITO CEDUTO

21. 21 Convenzione dei segni sul lavoro COMPIUTO SUL SITEMA COMPIUTO DAL SITEMA

22. 22 Energia interna nelle trasformazioni cicliche Δ U=0 Q=W

23. 23 Grazie per l’attenzione Sofia Chironi III AS