2. Lavoro Termodinamico PDF

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LAVORO TERMODINAMICO: L = P PER V ( PRESSIONE PER VARIAZIONE DI VOLUME) lavoro compiuto da un fluido quando subisce una trasformazione di espansione (quindi lavoro positivo) o di compressione (lavoro negativo.) L’energia può essere trasferita attraverso scambi di calore o di lavoro Energia trasferita per calore: • Calore= forme di energia trasferita da 2 sistemi per un effetto di una differenza di temperatura. • Il trasferimento di energia= avviene spontaneamente sempre dal corpo con temperatura maggiore a quello con temperatura minore. Trasferimento per unità di massa: q che sarebbe il calore trasferito = Q potenza termica fratto massa (kilo jaul su kilogrammi) Quantità di calore trasferito quando la potenza è costante: Q= Q potenza termica per delta T (intervallo di temperatura durante il quale avviene la trasformazione: (tf per ti) kjaul CARATERISTICHE DEI CONFINI DI UN SISTEMA RISPETTO AGLI SCAMBI DI ENERGIA • Confine mobile = consente scambi energetici sotto forma di lavoro e di variazione di volume. • Confine fisso o rigido= non consente scambi energetici sotto forma di lavoro e di variazione di volume • Confine adiabatico= non consente scambi di calore tra il sistema e l’ambiente ENERGIA TRASFERITA PER LAVORO : • Lavoro= energia trasferita quando c’è una forza che determina uno spostamento TRASFORMAZIONI TERMIDINAMICHE : - il sistema si dice in equilibrio termodinamico se le sue proprietà restano costanti nel tempo. - La trasformazione è una variazione dello stato termodinamico del sistema - Una trasformazione si dice quasi statica quando essa avviene seguendo una successione di stati di equilibrio. TRASFORMAZIONE O PROCESSO: ogni cambiamento che un sistema subisce passando da uno stato di equilibrio a un altro si chiama trasformazione. Percorso= la serie di stati attraverso cui un sistema passa durante una trasformazione. Si distinguono tre tipi di trasformazione : TRASFORMAZIONE ISOTERMA = in cui rimane costante la temperatura Il lavoro di espansione, compressione di un gar è compreso dall’area stessa, dalla linea che indica la trasformazione sull’asse delle ascisse. L= pressione per volume più espansione aumenta il volume meno compressione diminuisce il volume. TRASFORMAZIONE ISOBARA = in cui rimane costante la pressione Graficamente il lavoro compiuto lungo un espansione/compressione è data dall’area del rettangolo contenuto dall’ isobara sull’asse delle ascisse dei lati p e volume iniziale meno volume finale. Il volume passa dal valore iniziale v1 a valore finale v2 TRASFORMAZIONE ISOCORA = in cui rimane costante in volume Lavoro = 0 delta v = 0 e delta u = Q Calore e lavoro= sono forme di energia che attraversano i confini di un sistema. Il sistema però possiede energia ma non calore e lavoro: entrambi infatti sono associati a un processo ma no ad uno stato .

La capacità termica= in un processo termodinamico il comportamento del sistema è condizionato dalla sua capacità termica che si definisce come la quantità di calore scambiata da un sistema durante una trasformazione per unità di variazione di temperatura. C= Q ( calore )/ la variazione di temperatura (delta t) si calcola in Joule /kelvin Calore specifico= si definisce calore specifico di un sistema la quantità di calore necessaria all’unità di massa del sistema stesso per farle subire una variazione unitaria di temperatura. C= DELTA Q/M (massa) x DELTA T l’unita di misura è joule/ kg x kelvin Calore specifico a volume costante (mantenendo costante la pressione) : l’energia termica richiesta per innalzare la temperatura di un grado o di un kelvin di una massa unitaria di sostanza. In termodinamica esistono due tipi di calore specifico: calore specifico a volume costante, l’energia termica richiesta per innalzare la temperatura da 1c a 1 K mantenendo costante il volume calore specifico a pressione costante. FORME DI ENERGIA: in un sistema la somma di tutte le forme di energia è detta ENERGIA TOTALE del sistema, infatti la termodinamica studia i cambiamenti dell’energia totale. Si classificano varie forme di energia che costituiscono l’energia totale di un sistema in due gruppi MACROSCOPICHE e MICROSCOPICHE. FORME MICROSCOPICHE DI ENERGIA: relativa alla struttura molecolare del sistema, e sono indipendenti dal sistema di riferimento esterno. FORME MACROSCOPICHE DI ENERGIA: forme di energia posseduta da un sistema rispetto a un sistema di riferimento esterno (energia cinetica e potenziale). ENERGIA INTERNA U: è la somma di tutte le forme microscopiche di energia. DeltaU= massa x calore specifico x la differenza di temperatura. ENERGIA CINETICA ec: energia che un sistema possiede come risultato del movimento rispetto a un sistema di riferimento ( energia posseduta dai corpi in movimento). ENERGIA POTENZIALE ep: energia che un sistema possiede come risultato della sua quota in un campo gravitazionale . ( energia posseduta dai corpi posti a un certa altezza dal suolo) Ep= massa x accelerazione di gravità. l’unita di misura è Joule. L’energia totale per l’unità di massa e=E/m joule/kg L’energia è una proprietà estensiva di un sistema e può variare secondo tre modalità: 1. Modalità calore = si parla di un energia trasmessa sotto forma di calore se la causa è una differenza di temperatura. 2. Modalità di lavoro = si parla di energia trasmessa sotto forma di lavoro se la causa è l’azioni di una forza (P pressione) risultante diverso da essa. 3. A seguito di un trasferimento di massa non realizzabile in un sistema chiuso ma solo colore e lavoro. PROPRIETA’ DELL’ENERGIA: l’energia è una proprietà termodinamica estensiva che gode delle proprietà additiva e conservativa. L’ENERGIA NON Può ESSERE GENERATA E NE DISTRUTTA. PRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICA: afferma che due corpi, anche non in contatto tra loro, sono in equilibrio termico se hanno la stessa temperatura. PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: afferma che, mentre il calore Q e il lavoro L, scambiati lungo un trasformazione sono diverse fra loro e dipendono dal tipo di trasformazione seguita, la loro differenza equivale alla variazione di una grandezza di stato, e allora non dipende dalla trasformazione effettuata, ma solo dai sui punti iniziali e finali. E quindi : delta U( variazione di energia totale ) = Q( calore) – L (lavoro) Il primo primo principio della termodinamica si esprime spesso in termini di entalpia H = U (energia totale) + P ( pressione) per il V (volume).

IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA : afferma che l’energia di un sistema termodinamico, rappresenta una formulazione del principio di conversazione dell’energia cioè che l’energia di un sistema termodinamico NON SI CREA NE SI DISTRUGGE MA SI TRASFORMA, PASSANDO DA UNA FORMA ALL’ALTRA. Durante un interazione tra un sistema e l’ambiente la quantità di energia guadagnata dal sistema deve essere esattamente uguale alla quantità presa. Per determinare il primo principi della termodinamica: la formula è = delta U( variazione di energia interna) = Q( calore) – L (lavoro) equazione di bilancio di energia per sistemi chiusi. Dove la Q, rappresenta il calore che il sistema scambia con l’ambiente circostante. Mentre la L rappresenta il lavoro compiuto dall’ambiente sul sistema quando è positivo. Negativo quando è il sistema a compiere lavoro. Per poter definire il primo principio in termini di bilancio energetico, è importante imporre due affermazini fondamentali: 1. l’energia non si crea 2. L’energia non si distrugge La variazione di energia interna “U” di un qualsiasi sistema, corrisponde alla somma della quantità di calore Q e il lavoro L forniti dal sistema. I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI CHIUSI: SISTEMA CHIUSO= non ammette flussi di massa. solo energia (calore/lavoro). rappresenta una formulazione del principio di conservazione dell’energia: “l’energia interna di un sistema isolato e’ costante”. l’energia non si crea, ne’ si distrugge, ma si trasforma passando da una forma all’altra: l’energia può essere trasferita attraverso scambi di calore e di lavoro. “dati due stati a e b, la variazione di energia interna è uguale alla differenza fra il calore assorbito e il lavoro ceduto. DELTAU= Q-L l’equivalenza tra lavoro e calore fu dimostrata da joule, attraverso una serie di esperimenti, in particolare il “mulinello di joule”: si trasferisce energia meccanica al sistema mediante la caduta di un peso, accoppiato ad un alberto verticale, nella parte inferiore sono infisse delle pale, a raggiera. risultato e’ l’aumento della temperatura del liquido, ovvero della sua energia interna u, e sviluppando un lavoro termico. il primo principio della termodinamica si esprime spesso in termini di entalpia (h) : è la quantita’ di energia interna che un sistema puo’ scambiare con l’ambiente. H=U+Pv I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI APERTI: si discosta da quello per sistemi chiusi, in quanto qui, il sistema essendo aperto, permette flussi di massa, in entrata ed uscita. quindi bisogna parlare sia in termini di energia, che di massa. 1)parlando di massa, l’equazione che mi permette di bilanciare la sua entrata ed uscita, per dato intervallo di tempo è: entrata + produzione – uscita - consumo= variazione. se la grandezza e’ conservativa (ovvero che non varia nel tempo), i termini produzione e consumo sono nulli, avro’ quindi: entrata-uscita=variazione. in regime stazionario, invece, ovvero che le grandezze non variano nel tempo, rimangono costanti: massa totale entrante = massa totale uscente. 2) parlando di energia, avviene la stessa cosa, il suo bilancio e’ dato da: energia Entrante + produzione - uscita - consumo= variazione. inoltre sappiamo che l’energia in un sistema aperto può essere scambiata attraverso 2 modalità: 1.calore= in funzione di differenza di temperature tra sistema e ambiente. 2.lavoro= in funzione di differenza di pressione tra sistema e ambiente. 3.a seguito di flussi di massa. avro’: Q - L = ∆E (Ee +Eu ) dove: ∆E = ∆U + ∆Ec + ∆Ep

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: afferma che le trasformazioni di un sistema avvengono spontaneamente seguendo un verso ben preciso, inoltre, enuncia l’irreversibilità di molti eventi termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da un corpo caldo a un corpo freddo ( infatti il calore non si può passare spontaneamente da un corpo più freddo a un corpo più caldo). • Il 2° principio permette di convertire il lavoro direttamente in calore mentre il calore può essere converito in lavoro solo attraverso apparecchiature. • Il 2° principio definisce una nuova grandezza: l’entropia. H = U ( energia interna ) = U (energia interno) + P ( pressione) per il V (volume)....