IL_PRIMO_PRINCIPIO_DELLA_TERMODINAMICA_fisica.pptx

IL PRIMO PRINCIPIO DELLA
TERMODINAMICA
Emanuele Macciola - Emanuele Paolella – Edwin Castri
- Francesco Orlando – Cristian Tortiello - Alessandro
I SISTEMI
TERMODINAMICI
Cos'è la
termodinamica?
La termodinamica è la parte della fisica che
analizza le leggi fondamentali che coinvolgono il
calore e il lavoro. La termodinamica comprende
i sistemi e gli ambienti.
I sistemi
termodinamici
Il sistema termodinamico è una porzione del mondo
oggetto della nostra osservazione, del quale dobbiamo
studiare le proprietà fisiche macroscopiche come la
pressione, il calore e il volume.
Esistono tre tipi di sistemi:
1. Sistema aperto: quando tra il sistema e l'ambiente è
possibile lo scambio di energia e materia.
2. Sistema chiuso: se non vi è scambio di materia ma
solo di energia.
3. Sistema isolato: quando non vi è nessun tipo di
scambio.
Lo stato di
un sistema
Sistema e ambiente
• Il sistema in termodinamica è l'insieme degli oggetti sul quale si concentra l'attenzione,
mentre tutto ciò che gli sta intorno è indicato con il termine ambiente.
• Superficie di controllo è la superficie reale o immaginaria che separa il sistema
dall’ambiente, attraverso cui interagisce con l’esterno o con altri sistemi mediante scambi
di energia e/o di massa.
• Le pareti che si lasciano attraversare dal calore sono chiamate pareti diatermiche,
mentre le pareti perfettamente isolanti, che impediscono qualsiasi scambio di calore tra il
sistema e il suo ambiente, chiamate pareti adiabatiche.
Che cos'è lo stato di un
sistema?
Lo stato di un sistema è noto quando si conoscono i valori dell'insieme di
grandezze fisiche che descrivono completamente il sistema. Prendiamo in
considerazione il pallone areostatico, l'aria calda rappresenta il
sistema, mentre il tessuto del pallone ha la funzione di parete che separa
questo sistema dall'aria circostante più fredda.
Grandezza di stato
• La grandezza di stato è una qualunque caratteristica macroscopica del
sistema il cui valore può essere assegnato ad un dato istante senza
conoscere la storia del sistema. Es. Pressione, volume, temperatura,
densità e massa dell'aria calda.
Proprietà di stato
• Proprietà di stato Intensive: non dipendono dalla massa del sistema e
sono proprietà locali. Es. Velocità, densità, temperatura, pressione,…
• Proprietà di stato estensive: dipendono dalla massa del sistema. Il loro
valore riferito all'interno del sistema è uguale alla somma dei valori delle
diverse parti. Es. Massa, volume, energia interna,...
IL PRINCIPIO
ZERO DELLA
TERMODINAMICA
Cosa afferma il principio?
• Il principio zero della termodinamica afferma che, se il corpo A è in equili- brio termico con un corpo C e
anche un altro corpo B è in equilibrio termi- co con C, allora A e B sono in equilibrio termico tra loro.
Concetto di temperatura
• Il principio zero permette di assegnare ad ogni stato termico un numero, che è un indicatore dello
stato termico. Ad ogni stato termico associamo un numero che è indice dello stato termico e che
ne fornisce la temperatura. T = aG
DETERMINAZIONE COSTANTE a
PRIMO PRINCIPIO
DELLA
TERMODINAMICA
CHE COSA AFFERMA?
Il primo principio della termodinamica
afferma che: "Quando l'energia interna di
un sistema cambia da un valore iniziale U1
ed un valore finale Uf a causa di scambio di
calore Q e di un lavoro L, vale la seguente
relazione:
ΔU=Q-L"
L'ENRGIA
INTERNA E' UNA
FUNZIONE DI
STATO
L'energia interna di un corpo e le altre
due, ovvero calore e lavoro presentano
una differenza importante: l'energia
interna di un sistema dipende
esclusivamente dal suo stato e non da
come ci è arrivato, per questo viene
definita una funzione di stato. Non lo
sono il calore e il lavoro in quanto
assumono valori diversi a seconda del
metodo utilizzato per far passare il
sistema da uno stato all'altro.
TRASFORMAZIONI
TERMODINAMICHE
Definizione:
Le trasformazioni termodinamiche sono processi che coinvolgono il trasferimento e la
conversione di energia termica in altre forme di energia, come lavoro meccanico o
scambio di calore. Queste trasformazioni avvengono all'interno di un sistema
termodinamico, che può essere un gas, un liquido o un solido. Le trasformazioni
termodinamiche sono caratterizzate da vari parametri, come la pressione, il volume, la
temperatura e la quantità di sostanza presente nel sistema. A seconda delle variazioni di
questi parametri le trasformazioni si suddividono in:
Trasformazioni Quasi-statiche
Una trasformazione quasi-statica è un tipo di trasformazione termodinamica
che avviene in modo infinitamente lento e reversibile, consentendo al sistema
di passare da uno stato di equilibrio termodinamico all'altro attraverso una
serie continua di stati di equilibrio intermedi. Durante una trasformazione
quasi-statica, il sistema è sempre in uno stato di equilibrio con l'ambiente
circostante. Queste trasformazioni sono spesso utilizzate per semplificare i
calcoli matematici e per studiare il comportamento delle variabili
termodinamiche nel dettaglio.
LAVORO NEL
PIANO P-V
IL LAVORO COME
AREA
All'interno del piano P-V, il volume e la
temperatura cambiano lungo la linea che va dal
punto X al punto Y. In qualsiasi trasformazione,
l'area sottostante il grafico pressione-volume è
numericamente uguale al valore assoluto del
lavoro compiuto nella trasformazione. Quando il
volume aumenta, il lavoro è compiuto DAL
sistema ed è positivo per convenzione, quando
invece il volume diminuisce, il lavoro è
compiuto SUL sistema ed è negativo per
convenzione. Una trasformazione è detta
CICLICA quando lo stato iniziale e finale
coincidono. Per calcolare il lavoro totale
durante una trasformazione ciclica, basta
sommare il lavoro positivo con il lavoro
negativo.
TERMODINAMICH
E
TRASFORMAZION
I
Trasformazioni isobare
 Una
trasformazione
isobara è una
trasformazione
che avviene a
pressione
costante
Trasformazioni isocore
 Una
trasformazione
isocore è una
trasformazione
che avviene a
volume costante
Trasformazioni isoterme
 Una trasformazione
isoterma è una
trasformazione che
avviene a
temperatura
costante
Trasformazioni adiabatiche
 Una
trasformazione
adiabatica è una
trasformazione
che avviene a
senza scambi di
calore tra il
sistema e
l’ambiente
Calori specifici di un gas perfetto…
 Il primo principio della termodinamica consente di
comprendere i fattori che determinano il valore del
calore specifico di un materiale
Q = cm∆T Q = Cmn∆T
dove Cm è detto calore specifico molare (
J/(mole*K) )
…A volume costante (Cv)
 Per un gas perfetto
monoatomico:
 Per un gas perfetto diatomico:
…A pressione costante (Cp)
 Per un gas perfetto
monoatomico:
 Per un gas perfetto diatomico:
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA
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  • 1. IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Emanuele Macciola - Emanuele Paolella – Edwin Castri - Francesco Orlando – Cristian Tortiello - Alessandro
  • 3. Cos'è la termodinamica? La termodinamica è la parte della fisica che analizza le leggi fondamentali che coinvolgono il calore e il lavoro. La termodinamica comprende i sistemi e gli ambienti.
  • 4. I sistemi termodinamici Il sistema termodinamico è una porzione del mondo oggetto della nostra osservazione, del quale dobbiamo studiare le proprietà fisiche macroscopiche come la pressione, il calore e il volume. Esistono tre tipi di sistemi: 1. Sistema aperto: quando tra il sistema e l'ambiente è possibile lo scambio di energia e materia. 2. Sistema chiuso: se non vi è scambio di materia ma solo di energia. 3. Sistema isolato: quando non vi è nessun tipo di scambio.
  • 5. Lo stato di un sistema
  • 6. Sistema e ambiente • Il sistema in termodinamica è l'insieme degli oggetti sul quale si concentra l'attenzione, mentre tutto ciò che gli sta intorno è indicato con il termine ambiente. • Superficie di controllo è la superficie reale o immaginaria che separa il sistema dall’ambiente, attraverso cui interagisce con l’esterno o con altri sistemi mediante scambi di energia e/o di massa. • Le pareti che si lasciano attraversare dal calore sono chiamate pareti diatermiche, mentre le pareti perfettamente isolanti, che impediscono qualsiasi scambio di calore tra il sistema e il suo ambiente, chiamate pareti adiabatiche.
  • 7. Che cos'è lo stato di un sistema? Lo stato di un sistema è noto quando si conoscono i valori dell'insieme di grandezze fisiche che descrivono completamente il sistema. Prendiamo in considerazione il pallone areostatico, l'aria calda rappresenta il sistema, mentre il tessuto del pallone ha la funzione di parete che separa questo sistema dall'aria circostante più fredda.
  • 8. Grandezza di stato • La grandezza di stato è una qualunque caratteristica macroscopica del sistema il cui valore può essere assegnato ad un dato istante senza conoscere la storia del sistema. Es. Pressione, volume, temperatura, densità e massa dell'aria calda.
  • 9. Proprietà di stato • Proprietà di stato Intensive: non dipendono dalla massa del sistema e sono proprietà locali. Es. Velocità, densità, temperatura, pressione,… • Proprietà di stato estensive: dipendono dalla massa del sistema. Il loro valore riferito all'interno del sistema è uguale alla somma dei valori delle diverse parti. Es. Massa, volume, energia interna,...
  • 11. Cosa afferma il principio? • Il principio zero della termodinamica afferma che, se il corpo A è in equili- brio termico con un corpo C e anche un altro corpo B è in equilibrio termi- co con C, allora A e B sono in equilibrio termico tra loro.
  • 12. Concetto di temperatura • Il principio zero permette di assegnare ad ogni stato termico un numero, che è un indicatore dello stato termico. Ad ogni stato termico associamo un numero che è indice dello stato termico e che ne fornisce la temperatura. T = aG DETERMINAZIONE COSTANTE a
  • 14. CHE COSA AFFERMA? Il primo principio della termodinamica afferma che: "Quando l'energia interna di un sistema cambia da un valore iniziale U1 ed un valore finale Uf a causa di scambio di calore Q e di un lavoro L, vale la seguente relazione: ΔU=Q-L"
  • 15. L'ENRGIA INTERNA E' UNA FUNZIONE DI STATO L'energia interna di un corpo e le altre due, ovvero calore e lavoro presentano una differenza importante: l'energia interna di un sistema dipende esclusivamente dal suo stato e non da come ci è arrivato, per questo viene definita una funzione di stato. Non lo sono il calore e il lavoro in quanto assumono valori diversi a seconda del metodo utilizzato per far passare il sistema da uno stato all'altro.
  • 17. Definizione: Le trasformazioni termodinamiche sono processi che coinvolgono il trasferimento e la conversione di energia termica in altre forme di energia, come lavoro meccanico o scambio di calore. Queste trasformazioni avvengono all'interno di un sistema termodinamico, che può essere un gas, un liquido o un solido. Le trasformazioni termodinamiche sono caratterizzate da vari parametri, come la pressione, il volume, la temperatura e la quantità di sostanza presente nel sistema. A seconda delle variazioni di questi parametri le trasformazioni si suddividono in:
  • 18. Trasformazioni Quasi-statiche Una trasformazione quasi-statica è un tipo di trasformazione termodinamica che avviene in modo infinitamente lento e reversibile, consentendo al sistema di passare da uno stato di equilibrio termodinamico all'altro attraverso una serie continua di stati di equilibrio intermedi. Durante una trasformazione quasi-statica, il sistema è sempre in uno stato di equilibrio con l'ambiente circostante. Queste trasformazioni sono spesso utilizzate per semplificare i calcoli matematici e per studiare il comportamento delle variabili termodinamiche nel dettaglio.
  • 20. IL LAVORO COME AREA All'interno del piano P-V, il volume e la temperatura cambiano lungo la linea che va dal punto X al punto Y. In qualsiasi trasformazione, l'area sottostante il grafico pressione-volume è numericamente uguale al valore assoluto del lavoro compiuto nella trasformazione. Quando il volume aumenta, il lavoro è compiuto DAL sistema ed è positivo per convenzione, quando invece il volume diminuisce, il lavoro è compiuto SUL sistema ed è negativo per convenzione. Una trasformazione è detta CICLICA quando lo stato iniziale e finale coincidono. Per calcolare il lavoro totale durante una trasformazione ciclica, basta sommare il lavoro positivo con il lavoro negativo.
  • 22. Trasformazioni isobare  Una trasformazione isobara è una trasformazione che avviene a pressione costante
  • 23. Trasformazioni isocore  Una trasformazione isocore è una trasformazione che avviene a volume costante
  • 24. Trasformazioni isoterme  Una trasformazione isoterma è una trasformazione che avviene a temperatura costante
  • 25. Trasformazioni adiabatiche  Una trasformazione adiabatica è una trasformazione che avviene a senza scambi di calore tra il sistema e l’ambiente
  • 26. Calori specifici di un gas perfetto…  Il primo principio della termodinamica consente di comprendere i fattori che determinano il valore del calore specifico di un materiale Q = cm∆T Q = Cmn∆T dove Cm è detto calore specifico molare ( J/(mole*K) )
  • 27. …A volume costante (Cv)  Per un gas perfetto monoatomico:  Per un gas perfetto diatomico:
  • 28. …A pressione costante (Cp)  Per un gas perfetto monoatomico:  Per un gas perfetto diatomico:
  • 29. GRAZIE PER L’ATTENZIONE IL PRIMO PRINCIPIO DELLA