Presentazione
TrasformazioniTermodinamiche
Anna Piombo, Mariafrancesca Michelotti, Lisa Cambiaso, Ilaria Garbarino
Start
DEfinizione
Una trasformazione è un processo fisico in cui un sistema passa tra due stati di equilibrio, iniziale e finale, percorrendo una serie di stati intermedi in cui una o più grandezze termodinamiche che lo caratterizzano variano (come pressione, volume, temperatura, energia interna, etc.). La termodinamica studia gli scambi di energia tra sistema e ambiente, che avvengono per assorbimento o rilascio di calore e sotto forma di lavoro.
Principio Zero della termodinamica
Quando un sistema ha la stessa temperatura in ogni sua parte, si dice che il sistema ha raggiunto l'equilibrio termico. Se questa condizione è verificata, non c'è alcun trasferimento di calore da una parte all'altra.
La definizione operativa della temperatura è legata al concetto di equilibrio termico e si basa su questo presupposto: due corpi o due parti di un sistema hanno la stessa temperatura se sono in equilibrio termico tra loro e, viceversa, sono in equilibrio termico se hanno la stessa temperatura.
+ INFO
Stati di equilibrio
Esistono diversi tipi di stati di equilibrio che dipendono dalle forze coinvolte e dalla natura del sistema. Questi stati di equilibrio possono essere classificati in termico, chimico e meccanico.
Definizione.
Un sistema fisico si trova in equilibrio termodinamico quando le forze e le interazioni che agiscono su di esso si bilanciano perfettamente, senza causare cambiamenti nel suo stato e le sue proprietà macroscopiche sono uniformi e stazionarie.
Esempio di equilibrio termico.
T= pV/nR Quindi, una volta assegnati i valori di p e V, lo stato termodinamico del sistema è del tutto determinato e può essere rappresentato mediante un punto nel piano pressione-volume.
Trasformazioni Reali
Nelle trasformazioni reali la pressione e la temperatura diventano indefinite, perché assumono valori diversi in parti diverse del sistema.
+ INFO
Trasformazioni reversibili
Le trasformazioni reversibili avvengono passando attraverso stati di equilibrio e in assenza di forze dissipative e, una volta completate, è possibile ripristinare sia il sistema che l’ambiente alle condizioni iniziali. Grazie alla proprietà e al primo principio della Termodinamica (ΔU=Q-L), possiamo analizzare cosa accade dal punto di vista energetico considerando indifferentemente uno tra sistema e ambiente esterno:
+ INFO
Trasformazione isobara
01
Mariafrancesca Michelotti
Formulario
Teoria
Variazione energia interna
Legge di Charles
L= pΔV
Il calore assorbito serve in parte per aumentare l’energia interna del sistema, ossia aumentare la temperatura, e in parte per compiere il lavoro. Esso dipende dalla variazione di energia interna e dal lavoro. Il lavoro L, compiuto in una trasformazione isobara, dipende dalla variazione di volume ed è dato da tale formula.
Durante una trasformazione isobara, la pressione del sistema rimane costante (Δp=0). il rapporto tra volume e temperatura, che tra loro sono direttamente proporzionali, secondo la legge di Charles, è inversamente proporzionale alla pressione.
Nel caso più semplice, in cui il sistema è ben descritto dal modello di gas perfetto, la variazione di energia interna ΔU è espressa dalla formula:ΔU= l/2 nRΔT
Inoltre valgono le relazioni:
pV(A)=nRT(A) e pV(B)=nRT(B)
+ INFO
+ INFO
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Trasformazione isocora
02
Anna Piombo
Formulario
Teoria
p=p0(1+αt)
Legge di GAy-Lussac
Primo Principio
Tale formula descrive invece la relazione tra p e t con:- p=pressione della temperatura t (Pa)
- p0= pressione a 0°C (Pa)
- α=coefficiente di dilatazione volumica (°C-1)
- t= temperatura (°C)
In un trasformazione isocora come descrive l’enunciato della legge di Gay-Lussac, mantenendo il volume costante, pressione e temperatura assoluta di un gas sono direttamente proporzionali e di conseguenza la formula sarà: P/T= Pi/Ti
ΔU=Q
In una trasformazione isocora la variazione ΔU dell'energia interna del sistema è uguale alla quantità di calore Q scambiata dal sistema con l'ambiente.
+ INFO
+ INFO
+ INFO
Trasformazione isoterma
03
Lisa Cambiaso
formulario
Teoria
Legge di boyle
primo principio
Piano p-v
Q=WIn una trasformazione isoterma di un gas perfetto il calore scambiato è uguale al lavoro compiuto.
Questo tipo di curva rappresenta la proporzionalità inversa tra la pressione e il volume descritta dalla legge di Boyle
Una trasformazione isoterma reversibile di un gas perfetto ha come grafico un arco di iperbole equilatera.
+ INFO
Trasformaizone Adiabatica
04
Ilaria Garbarino
Formulario
Teoria
ΔU=-W
eSpansione e compressione
NEL PIANO p-V
In una trasformazione adiabatica, non c’è scambio di calore tra il sistema e l’ambiente esterno. Dall'equazione del primo principio della termodinamica si riduce all’equazione ΔU=-W con:•ΔU: rappresenta la variazione dell’energia interna del sistema.
•W: rappresenta il lavoro fatto dal sistema.
Nel piano p-V un'espansione adiabatica reversibile di un gas perfetto è rappresentata da una curva decrescente, perché la pressione del gas diminuisce a mano a mano che il volume da esso occupato aumenta.
Se un gas perfetto viene compresso in maniera adiabatica il lavoro è negativo (perché compiuto sul sistema), l’energia interna e la temperatura del gas perfetto aumentano.
+ INFO
+ INFO
+ INFO
Inoltre...
- pΔV = p [V(B)-V(A)] = nRT(B) - nRT(A) = nR [T(B)-T(A)] = nRΔT
- Sostituendo nella formula ΔU e pΔV nell’equazione Q=ΔU+pΔV troviamo: Q= l/2nRΔT + nRΔT = l+2/2nRΔT
- Mediante questa formula, per un gas perfetto a pressione costante, possiamo calcolare il calore assorbito Q nota la variazione di temperatura ΔT o, viceversa, calcolare ΔT secondo Q.
I due stati estremi A e B sono ben definiti, ma gli stati intermedi della trasformazione non lo sono: nel piano p-V, per rappresentare la molteplicità di valori che la pressione assume in corrispondenza di ogni valore del volume, tra i punti A e B si deve disegnare un «fuso».
Esempio
Sistema-Ambiente
■ Per il sistema (o per l'ambiente) il calore scambiato in B→A è opposto rispetto al calore scambiato in A→B.
■ Per il sistema (o per l'ambiente) il lavoro scambiato in B→A è opposto rispetto al lavoro scambiato in A→B.
Attenzione!
Nella seconda legge, inoltre, p/T(k) è costante se il volume rimane invariato
Esempio
L'equilibrio termico gode di una proprietà generale, verificata negli esperimenti e nota come principio zero della termodinamica: se ciascuno di due corpi, A e B, è in equilibrio termico con un terzo corpo T, allora A e B sono in equilibrio termico tra loro.
■ Se T rileva lo stesso valore di temperatura quando è in equilibrio termico con il corpo B, c'è equilibrio termico anche tra A e B.
■ Immaginiamo che T sia un termometro e che indichi un certo valore di temperatura quando è in equilibrio termico con il corpo A.
Esempio
Supponiamo...
Supponiamo che il cilindro contenga n moli di un gas perfetto. Se ΔT è la variazione di temperatura subita dal gas nella trasformazione, la variazione ΔU della sua energia interna è espressa dalla formula: Q=ΔU = 1/2nRΔT (trasformazione isocora di un gas perfetto)
Esempio
Esempio
Attenzione!
- L= pΔV e ΔU= Q-L : dove p è la pressione costante, e ΔV è la variazione del volume.
- Il calore Q fornito al sistema durante una trasformazione isobara può essere calcolato tramite la variazione dell'energia interna e del lavoro fatto: Q=ΔU+pΔV(L) : primo principio per una trasformazione isobara reversibile.
Esempio
Attenzione!
1) Un'espansione adiabatica è un processo di raffreddamento: ad esempio, il gas del getto di una bomboletta spray.
2) Una compressione adiabatica è un processo di riscaldamento: ad esempio, gonfiare una ruota di bicicletta con una pompa a mano.
Esempio
QUindi...
La formula quindi, descrive la pressione p in funzione di t a volume costante.
Inoltre...
Se il sistema compie il lavoro, W è positivo e l’energia interna del sistema diminuisce poiché parte di essa viene trasformata in lavoro. Se il lavoro viene fatto sul sistema, W è negativo e l’energia interna del sistema aumenta poiché convertita dal lavoro esterno.
ΔU=-W indica che la variazione dell’energia interna del sistema è opposta al lavoro da esso compiuto.
Trasformazioni Termodinamiche
Anna Piombo
Created on March 11, 2025
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Presentazione
TrasformazioniTermodinamiche
Anna Piombo, Mariafrancesca Michelotti, Lisa Cambiaso, Ilaria Garbarino
Start
DEfinizione
Una trasformazione è un processo fisico in cui un sistema passa tra due stati di equilibrio, iniziale e finale, percorrendo una serie di stati intermedi in cui una o più grandezze termodinamiche che lo caratterizzano variano (come pressione, volume, temperatura, energia interna, etc.). La termodinamica studia gli scambi di energia tra sistema e ambiente, che avvengono per assorbimento o rilascio di calore e sotto forma di lavoro.
Principio Zero della termodinamica
Quando un sistema ha la stessa temperatura in ogni sua parte, si dice che il sistema ha raggiunto l'equilibrio termico. Se questa condizione è verificata, non c'è alcun trasferimento di calore da una parte all'altra. La definizione operativa della temperatura è legata al concetto di equilibrio termico e si basa su questo presupposto: due corpi o due parti di un sistema hanno la stessa temperatura se sono in equilibrio termico tra loro e, viceversa, sono in equilibrio termico se hanno la stessa temperatura.
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Stati di equilibrio
Esistono diversi tipi di stati di equilibrio che dipendono dalle forze coinvolte e dalla natura del sistema. Questi stati di equilibrio possono essere classificati in termico, chimico e meccanico.
Definizione.
Un sistema fisico si trova in equilibrio termodinamico quando le forze e le interazioni che agiscono su di esso si bilanciano perfettamente, senza causare cambiamenti nel suo stato e le sue proprietà macroscopiche sono uniformi e stazionarie.
Esempio di equilibrio termico.
T= pV/nR Quindi, una volta assegnati i valori di p e V, lo stato termodinamico del sistema è del tutto determinato e può essere rappresentato mediante un punto nel piano pressione-volume.
Trasformazioni Reali
Nelle trasformazioni reali la pressione e la temperatura diventano indefinite, perché assumono valori diversi in parti diverse del sistema.
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Trasformazioni reversibili
Le trasformazioni reversibili avvengono passando attraverso stati di equilibrio e in assenza di forze dissipative e, una volta completate, è possibile ripristinare sia il sistema che l’ambiente alle condizioni iniziali. Grazie alla proprietà e al primo principio della Termodinamica (ΔU=Q-L), possiamo analizzare cosa accade dal punto di vista energetico considerando indifferentemente uno tra sistema e ambiente esterno:
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Trasformazione isobara
01
Mariafrancesca Michelotti
Formulario
Teoria
Variazione energia interna
Legge di Charles
L= pΔV
Il calore assorbito serve in parte per aumentare l’energia interna del sistema, ossia aumentare la temperatura, e in parte per compiere il lavoro. Esso dipende dalla variazione di energia interna e dal lavoro. Il lavoro L, compiuto in una trasformazione isobara, dipende dalla variazione di volume ed è dato da tale formula.
Durante una trasformazione isobara, la pressione del sistema rimane costante (Δp=0). il rapporto tra volume e temperatura, che tra loro sono direttamente proporzionali, secondo la legge di Charles, è inversamente proporzionale alla pressione.
Nel caso più semplice, in cui il sistema è ben descritto dal modello di gas perfetto, la variazione di energia interna ΔU è espressa dalla formula:ΔU= l/2 nRΔT Inoltre valgono le relazioni: pV(A)=nRT(A) e pV(B)=nRT(B)
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Trasformazione isocora
02
Anna Piombo
Formulario
Teoria
p=p0(1+αt)
Legge di GAy-Lussac
Primo Principio
Tale formula descrive invece la relazione tra p e t con:- p=pressione della temperatura t (Pa)
- p0= pressione a 0°C (Pa)
- α=coefficiente di dilatazione volumica (°C-1)
- t= temperatura (°C)
In un trasformazione isocora come descrive l’enunciato della legge di Gay-Lussac, mantenendo il volume costante, pressione e temperatura assoluta di un gas sono direttamente proporzionali e di conseguenza la formula sarà: P/T= Pi/Ti
ΔU=Q In una trasformazione isocora la variazione ΔU dell'energia interna del sistema è uguale alla quantità di calore Q scambiata dal sistema con l'ambiente.
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Trasformazione isoterma
03
Lisa Cambiaso
formulario
Teoria
Legge di boyle
primo principio
Piano p-v
Q=WIn una trasformazione isoterma di un gas perfetto il calore scambiato è uguale al lavoro compiuto.
Questo tipo di curva rappresenta la proporzionalità inversa tra la pressione e il volume descritta dalla legge di Boyle
Una trasformazione isoterma reversibile di un gas perfetto ha come grafico un arco di iperbole equilatera.
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Trasformaizone Adiabatica
04
Ilaria Garbarino
Formulario
Teoria
ΔU=-W
eSpansione e compressione
NEL PIANO p-V
In una trasformazione adiabatica, non c’è scambio di calore tra il sistema e l’ambiente esterno. Dall'equazione del primo principio della termodinamica si riduce all’equazione ΔU=-W con:•ΔU: rappresenta la variazione dell’energia interna del sistema. •W: rappresenta il lavoro fatto dal sistema.
Nel piano p-V un'espansione adiabatica reversibile di un gas perfetto è rappresentata da una curva decrescente, perché la pressione del gas diminuisce a mano a mano che il volume da esso occupato aumenta.
Se un gas perfetto viene compresso in maniera adiabatica il lavoro è negativo (perché compiuto sul sistema), l’energia interna e la temperatura del gas perfetto aumentano.
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Inoltre...
I due stati estremi A e B sono ben definiti, ma gli stati intermedi della trasformazione non lo sono: nel piano p-V, per rappresentare la molteplicità di valori che la pressione assume in corrispondenza di ogni valore del volume, tra i punti A e B si deve disegnare un «fuso».
Esempio
Sistema-Ambiente
■ Per il sistema (o per l'ambiente) il calore scambiato in B→A è opposto rispetto al calore scambiato in A→B.
■ Per il sistema (o per l'ambiente) il lavoro scambiato in B→A è opposto rispetto al lavoro scambiato in A→B.
Attenzione!
Nella seconda legge, inoltre, p/T(k) è costante se il volume rimane invariato
Esempio
L'equilibrio termico gode di una proprietà generale, verificata negli esperimenti e nota come principio zero della termodinamica: se ciascuno di due corpi, A e B, è in equilibrio termico con un terzo corpo T, allora A e B sono in equilibrio termico tra loro.
■ Se T rileva lo stesso valore di temperatura quando è in equilibrio termico con il corpo B, c'è equilibrio termico anche tra A e B.
■ Immaginiamo che T sia un termometro e che indichi un certo valore di temperatura quando è in equilibrio termico con il corpo A.
Esempio
Supponiamo...
Supponiamo che il cilindro contenga n moli di un gas perfetto. Se ΔT è la variazione di temperatura subita dal gas nella trasformazione, la variazione ΔU della sua energia interna è espressa dalla formula: Q=ΔU = 1/2nRΔT (trasformazione isocora di un gas perfetto)
Esempio
Esempio
Attenzione!
Esempio
Attenzione!
1) Un'espansione adiabatica è un processo di raffreddamento: ad esempio, il gas del getto di una bomboletta spray. 2) Una compressione adiabatica è un processo di riscaldamento: ad esempio, gonfiare una ruota di bicicletta con una pompa a mano.
Esempio
QUindi...
La formula quindi, descrive la pressione p in funzione di t a volume costante.
Inoltre...
Se il sistema compie il lavoro, W è positivo e l’energia interna del sistema diminuisce poiché parte di essa viene trasformata in lavoro. Se il lavoro viene fatto sul sistema, W è negativo e l’energia interna del sistema aumenta poiché convertita dal lavoro esterno. ΔU=-W indica che la variazione dell’energia interna del sistema è opposta al lavoro da esso compiuto.