TERMODINAMICA
Energia, trasformazioni, lavoro
L’energia si trasferisce da un corpo a un altro tramite 3 meccanismi:
conduzione
convezione
irraggiamento
I TERMOGRAMMI
Ogni corpo, non solo il Sole, emette radiazione elettromagnetica infrarossa. La termocamera non 'vede' il calore, ma rileva proprio questa radiazione infrarossa che il corpo emette per irraggiamento. Più un corpo è caldo e più radia
Le trasformazioni termodinamiche
GLI STATI TERMODINAMICI DI EQUILIBRIO
Se ognuna delle grandezze macroscopiche che descrivono un sistema è costante nel tempo ed è omogenea, cioè ha lo stesso valore in tutti i punti, si dice che il sistema è in uno stato di equilibrio termodinamico.
tipi di equilibrio termodinamico
l’equilibrio termico, cioè l’assenza di scambi di calore tra le parti del sistema e quindi avranno tutte la stessa temperatura
l’equilibrio chimico,cioè la stabilità della composizione chimica e della struttura interna del sistema
l’equilibrio meccanico,cioè l’assenza di forze esterne non bilanciate
TRASFORMAZIONI
REVERSIBILI
REALI
L'ENERGIA INTERNA
L’energia interna U è la somma delle energie cinetiche e potenziali delle molecole. l’energia interna è una funzione di stato: a ogni stato del sistema corrisponde uno e un solo valore dell’energia interna. Quindi la variazione ΔU=UB−UA dipende solo dallo stato iniziale A e finale B, non dal tipo di trasformazione fatta. Per un gas perfetto la formula è:
ΔU=ℓ/2nRΔT
dove ℓ sono i gradi di libertà, n le moli e R la costante dei gas.
IL LAVORO TERMODINAMICO
A differenza dell’energia interna, il lavoro dipende dal percorso. Considerando un gas che spinge un pistone a pressione costante si ottiene:
W=pΔV
Nel piano p-V il lavoro termodinamico in una trasformazione reversibile è uguale all’area compresa tra la curva della trasformazione nel piano p-V e l’asse V." Per questo, anche se partiamo dallo stesso stato A e arriviamo allo stesso stato B, due trasformazioni diverse richiedono lavori diversi.
IL SEGNO DEL LAVORO
il lavoro è nullo durante una trasformazione a volume costante
Durante un’espansioneil lavoro è positivo
Durante una compressioneil lavoro è negativo
GRAZIE PER L'ATTENZIONE
Conduzione
La conduzione è un trasferimento di energia che avviene in un mezzo materiale senza alcun trasporto di materia. La legge sperimentale che la descrive è:
Q / Δt = λ S ΔT/d
Dove Q/Δt è la potenza in Watt, λ è il coefficiente di conducibilità termica in W/(m·K), ΔT=T2−T1.
La potenza è direttamente proporzionale ad area S e ΔT, inversamente proporzionale a d.
I metalli hanno λ molto alto: Argento 430, Rame 400, Ferro 80. Legno 0,20 e Aria secca 0,02 sono isolanti.
I manici delle pentole sono in bachelite, legno o silicone, materiali con λ bassissimo. Proprio per bloccare la conduzione.
convenzione
La convezione è un trasferimento di energia e di materia che avviene nei liquidi e nei gas a causa di differenze di temperatura. Quando scaldi l’acqua sul fuoco, quella a contatto con il fondo si scalda, si dilata e diventa meno densa. Sale verso l’alto formando una corrente convettiva ascendente, ed è sostituita dall’acqua sovrastante più fredda, che forma una corrente convettiva discendente. Si crea così una circolazione. Per questo i moti convettivi giocano un ruolo importante nei fenomeni meteorologici e negli oceani.
La Corrente del Golfo è una gigantesca corrente convettiva oceanica. Porta acqua calda dai Caraibi fino al nord Europa. Senza di lei Londra starebbe a -10°C d’inverno invece che a +5°C.
Irraggiamento
I telegrammi
Conduzione e convezione hanno bisogno di materia. L’irraggiamento invece no.Attraverso il vuoto, l’energia si trasmette per irraggiamento. Tutti i corpi emettono e assorbono radiazioni elettromagnetiche, fatte di campi elettrici e magnetici oscillanti che si propagano come onde. La potenza emessa è data dalla legge di Stefan-Boltzmann:
ΔE /Δt =ezST^4
Se il corpo è anche in un ambiente a temperatura assoluta il flusso netto è:
ΔE tot/Δt =ezS(T^4−Ta^4)
Tra Terra e Sole c’è il vuoto, quindi niente conduzione né convezione. Tutto il calore arriva per irraggiamento. La costante solare è 1367 W/m²
REALI
Nelle trasformazioni termodinamiche reali pressione e temperatura diventano indefinite per intervalli di tempo più o meno lunghi, perché assumono valori diversi in diverse parti del fluido. Quindi nel piano p-V il sistema non passa per una linea, ma per un "fuso" di stati di non-equilibrio.
REVERSIBILI
è una trasformazione ideale, ottenuta passando per un numero molto grande, che tende all’infinito, di stati intermedi di equilibrio termodinamico. Sono lentissime, senza attriti, e nel grafico p-V sono linee continue.La caratteristica fondamentale è che può essere ripercorsa all’indietro, invertendo l’ordine e il segno degli scambi di energia compiuti a ogni passo dal sistema con l’ambiente, in questo modo sia il sistema sia l’ambiente tornano nella situazione iniziale.
TERMODINAMICA
Maria Teresa Paparo
Created on May 31, 2026
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TERMODINAMICA
Energia, trasformazioni, lavoro
L’energia si trasferisce da un corpo a un altro tramite 3 meccanismi:
conduzione
convezione
irraggiamento
I TERMOGRAMMI
Ogni corpo, non solo il Sole, emette radiazione elettromagnetica infrarossa. La termocamera non 'vede' il calore, ma rileva proprio questa radiazione infrarossa che il corpo emette per irraggiamento. Più un corpo è caldo e più radia
Le trasformazioni termodinamiche
GLI STATI TERMODINAMICI DI EQUILIBRIO
Se ognuna delle grandezze macroscopiche che descrivono un sistema è costante nel tempo ed è omogenea, cioè ha lo stesso valore in tutti i punti, si dice che il sistema è in uno stato di equilibrio termodinamico.
tipi di equilibrio termodinamico
l’equilibrio termico, cioè l’assenza di scambi di calore tra le parti del sistema e quindi avranno tutte la stessa temperatura
l’equilibrio chimico,cioè la stabilità della composizione chimica e della struttura interna del sistema
l’equilibrio meccanico,cioè l’assenza di forze esterne non bilanciate
TRASFORMAZIONI
REVERSIBILI
REALI
L'ENERGIA INTERNA
L’energia interna U è la somma delle energie cinetiche e potenziali delle molecole. l’energia interna è una funzione di stato: a ogni stato del sistema corrisponde uno e un solo valore dell’energia interna. Quindi la variazione ΔU=UB−UA dipende solo dallo stato iniziale A e finale B, non dal tipo di trasformazione fatta. Per un gas perfetto la formula è:
ΔU=ℓ/2nRΔT
dove ℓ sono i gradi di libertà, n le moli e R la costante dei gas.
IL LAVORO TERMODINAMICO
A differenza dell’energia interna, il lavoro dipende dal percorso. Considerando un gas che spinge un pistone a pressione costante si ottiene:
W=pΔV
Nel piano p-V il lavoro termodinamico in una trasformazione reversibile è uguale all’area compresa tra la curva della trasformazione nel piano p-V e l’asse V." Per questo, anche se partiamo dallo stesso stato A e arriviamo allo stesso stato B, due trasformazioni diverse richiedono lavori diversi.
IL SEGNO DEL LAVORO
il lavoro è nullo durante una trasformazione a volume costante
Durante un’espansioneil lavoro è positivo
Durante una compressioneil lavoro è negativo
GRAZIE PER L'ATTENZIONE
Conduzione
La conduzione è un trasferimento di energia che avviene in un mezzo materiale senza alcun trasporto di materia. La legge sperimentale che la descrive è:
Q / Δt = λ S ΔT/d
Dove Q/Δt è la potenza in Watt, λ è il coefficiente di conducibilità termica in W/(m·K), ΔT=T2−T1. La potenza è direttamente proporzionale ad area S e ΔT, inversamente proporzionale a d. I metalli hanno λ molto alto: Argento 430, Rame 400, Ferro 80. Legno 0,20 e Aria secca 0,02 sono isolanti.
I manici delle pentole sono in bachelite, legno o silicone, materiali con λ bassissimo. Proprio per bloccare la conduzione.
convenzione
La convezione è un trasferimento di energia e di materia che avviene nei liquidi e nei gas a causa di differenze di temperatura. Quando scaldi l’acqua sul fuoco, quella a contatto con il fondo si scalda, si dilata e diventa meno densa. Sale verso l’alto formando una corrente convettiva ascendente, ed è sostituita dall’acqua sovrastante più fredda, che forma una corrente convettiva discendente. Si crea così una circolazione. Per questo i moti convettivi giocano un ruolo importante nei fenomeni meteorologici e negli oceani.
La Corrente del Golfo è una gigantesca corrente convettiva oceanica. Porta acqua calda dai Caraibi fino al nord Europa. Senza di lei Londra starebbe a -10°C d’inverno invece che a +5°C.
Irraggiamento
I telegrammi
Conduzione e convezione hanno bisogno di materia. L’irraggiamento invece no.Attraverso il vuoto, l’energia si trasmette per irraggiamento. Tutti i corpi emettono e assorbono radiazioni elettromagnetiche, fatte di campi elettrici e magnetici oscillanti che si propagano come onde. La potenza emessa è data dalla legge di Stefan-Boltzmann:
ΔE /Δt =ezST^4
Se il corpo è anche in un ambiente a temperatura assoluta il flusso netto è:
ΔE tot/Δt =ezS(T^4−Ta^4)
Tra Terra e Sole c’è il vuoto, quindi niente conduzione né convezione. Tutto il calore arriva per irraggiamento. La costante solare è 1367 W/m²
REALI
Nelle trasformazioni termodinamiche reali pressione e temperatura diventano indefinite per intervalli di tempo più o meno lunghi, perché assumono valori diversi in diverse parti del fluido. Quindi nel piano p-V il sistema non passa per una linea, ma per un "fuso" di stati di non-equilibrio.
REVERSIBILI
è una trasformazione ideale, ottenuta passando per un numero molto grande, che tende all’infinito, di stati intermedi di equilibrio termodinamico. Sono lentissime, senza attriti, e nel grafico p-V sono linee continue.La caratteristica fondamentale è che può essere ripercorsa all’indietro, invertendo l’ordine e il segno degli scambi di energia compiuti a ogni passo dal sistema con l’ambiente, in questo modo sia il sistema sia l’ambiente tornano nella situazione iniziale.