PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

La termodinamica

E' la branca della fisica che studia gli SCAMBI DI ENERGIA tra un SISTEMA e l'AMBIENTE ESTERNO e le trasformazioni termodinamiche indotte da calore e lavoro.

esperimento

STATO A

STATO B

l'enegia interna del gas varia da UA ad UB

ΔU=UB-UA

Durante questa trasformazione il gas:

• acquista energia poiché assorbe una quantità di calore Q positiva dal fornello
• perde energia poiché compie un lavoro W positivo espandendosi sollevando il pistone

La variazione di energia interna è uguale alla differenza tra calore assorbito e lavoro compiuto dal sistema durante la trasformazione

ΔU = Q-W

perché l'energia interna di un sistema si conserva

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA O PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA

ENUNCIATO

«L'energia interna di un sistema termodinamico isolato è costante»

L'energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra e può essere trasferita attraverso scambi di calore e di lavoro.

QUESTA LEGGE E' UNA DELLE PIU' IMPORTANTI DELLA FISICA PERCHE' HA UN AMBITO DI VALIDITA' UNIVERSALE

vale per tutti i sistemi termodinamici e non solo per i gas perfetti

• vapore che aziona la turbina nelle centrali termoelettriche e nucleari

• l'acqua contenuta in una caldaia viene fatta evaporare per mezzo di un bruciatore

• il vapore si riscalda e si espande e va a compiere lavoro su un rotore

• il vapore viene fatto condensare per ricominciare il ciclo cede energia mediante uno scambio di calore

il vapore compie il lavoro sul rotore, viene condensato e cede energia mediante lo scambio di calore

il vapore viene riscaldato, acquista energia Q

VS

stato A

stato B

questa formula si applica a tutte le trasformazioni termodinamiche QUASISTATICHE O REALI

quasistatiche

reali

solamente lo stato iniziale A e quello finale B sono ben definiti, mentre ciò che avviene nel mezzo ha un comportamento complesso e presenta per ogni zona diversi valori di p e v AVVENGONO MOLTO RAPIDAMENTE

susseguirsi di tanti stati di equilibrio intemedi tra lo stato A e lo stato B, rappresentati da punti sul grafico pressione-volume VELOCITA' MOLTO BASSA

• isobara
• isocora
• isoterma

SEGNO DI Q E W: IL SISTEMA

calore e lavoro sono energia in transito

Trasformazioni adiabatiche

ἀ + διὰ- ("attraverso") + βαίνειν ("passare") "che non permette di passare attraverso", "INVALICABILE"

• è una trasformazione termodinamica nella quale NON avvengono scambi di calore tra il sistema e l'ambiente esterno per cui Q=0
• se diminuiamo la pressione, il gas si espande in modo adiabatico compiendo un lavoro W positivo

ΔU= -W

energia interna diminuisce, diminuisce anche la temperatura dunque è un processo di raffreddamento

trasformazioni adiabatiche

espansione adiabatica

compressione adiabatica

W>0 e ΔU diminuisce

W<0 e ΔU aumenta

• l'espansione adiabatica porta il gas da uno stato A temperatura maggiore ad uno stato B a temperatura minore

• la pressione diminuisce più rapidamente rispetto alla trasformazione isoterma