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FISICA...

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EQUAZIONE FONDAMENTALE DELLA TERMOLOGIA esprime la quantità di calore che bisogna somministrare (o sottrarre) a un corpo di massa M per innalzare (o abbassare) la sua temperatura dal valore T1 al valore T2. Comporta che ad ogni variazione di temperatura (deltaT ≠ 0) corrisponda una certa quantità di calore scambiato dal corpo considerato. Ciò si riscontra matematicamente dall’equazione essendo c ed n ≠ 0, se ΔT≠ 0 il 2° membro è non nullo e quindi lo è anche Δq; se Δt fosse 0 (temperatura invariata) anche Δq= 0. Importanza: relazione tra variazione di temp e il calore scambiato Q = c ∙ m ∙ ΔT Il Calore si misura in Joule (J) o in Calorie (cal) C= calore specifico, q 1 cal = 4,186 J 1 J = 1cal / 4,186 = 0,24 (cioè 1/4) Formule Inverse: ΔT = Q ∕ C → ΔT = Q ∕ c ∙ m m = Q ∕ c ∙ ΔT c = Q ∕ m ∙ ΔT

Q = C ∙ ΔT ricorda l’equazione di una retta ( y = kx ), dove C è costante e corrisponde al coefficiente angolare. In natura i passaggi di stato sono condizioni particolari in cui T non varia ma il calore continua ad essere scambiato, quindi sono incompatibili con l’eq. fondamentale in cui l’annullarsi di ΔT comporterebbe l’annullarsi di Δq. Pertanto, nei passaggi di stato vale una legge indipendente dalla temperatura Δq = λ ∙ m Λ= calore latente la cui quantità dipende dal passaggio di stato pur essendo uguale nei due versi e si esprime in J/kg. NON C’è VARIAZIONE DI TEMPERATURA

CAPACITà TERMICA Il rapporto costante fra il calore scambiato tra il corpo e l'ambiente e la variazione di temperatura che ne consegue. Indica la quantità di calore da fornire a una sostanza per innalzarne la temperatura di un kelvin (K). Dire che una sostanza ha un'alta capacità termica significa che riesce ad assorbire tanto calore innalzando di poco la propria temperatura (si toglie tanto calore per far variare di poco la temp). Numeratore grande e denom piccolo. Ex. Acqua (capacità termica alta)

C= Q/ΔT

CALORE SPECIFICO Corrisponde alla quantità di calore necessaria per innalzare, o diminuire, di un valore assegnato (KELVIN O °) la temperatura di una quantità fissata di sostanza (1 kg). C = capacità termica

c = C per m

MANCA EQ. DILATAZIONE TERMICA La propagazione del Calore può avvenire in tre modi: Conduzione, Convenzione ed Irraggiamento. CONDUZIONE: avviene essenzialmente nei corpi solidi. Il calore si propaga ad opera degli urti tra le particelle della materia, che però, pur vibrando non si spostano. Quindi la Conduzione è trasmissione di energia senza spostamento di materia. (ex. i doppi vetro delle finestre) CONVENZIONE: Essa è propria dei fluidi (liquidi ed aeriformi). Si ha in seguito allo spostamento di materia. Le particelle più calde del fluido tendono a muoversi verso l’alto. Queste a loro volta si riscaldano ed il moto delle particelle continua ciclicamente. Si parla infatti di Moti Convettivi. (ex. Calorifero) IRRAGGIAMENTO: senza contatto tra i corpi. Si tratta cioè di energia irradiata da un qualunque corpo caldo in proporzione alla temperatura del corpo stesso. Quindi l’Irraggiamento si verifica indipendentemente dalla presenza di materia e consente ad esempio al calore del sole di raggiungere la terra pure se la maggior parte del percorso avviene nel vuoto.

LA TERMODINAMICA Di cosa si occupa la termodinamica: studia i fenomeni fisici con scambi di calore in lavoro e viceversa, considerando solo le grandezze fisiche macroscopiche. Il l.avoro uscente è positivo, quello entrante è negativo. MACCHINA TERMICA è un dispositivo fisico o teorico in grado di scambiare calore e lavoro con l'ambiente circostante o un altro sistema fisico. La macchina termica spesso è ciclica e descritta fisicamente da un ciclo termodinamico. CICLO: In una trasformazione chiusa (ciclica), lo stato iniziale coincide non lo stato finale E e l'area associata e il lavoro associato, sarà uguale all'area racchiusa all'interno del diagramma della trasformazione. RENDIMENTO:

η = L / calore assorbito Q2

Poiché il lavoro è sempre minore del calore assorbito, il rendimento sarà sempre minore di 1. MACCHINA PERFETTA: se il rendimento è =1 la macchina converte in lavoro tutto il calore che assorbe, ma è irrealizzabile secondo l’enunciato di Kelvin ( è impossibile convertire tutto il calore assorbito da un’unica sorgente in lavoro) MACCHINA REALE: 0 < η > 1 con zero compreso ed uno escluso, dunque rendimento η = Q1 / Q2. MACCHINA IDEALE DI CARNOT: opera tra due sorgenti, una calda e una fredda, secondo 4 trasformazioni Importanza= il rendimento di una macchina ideale non raggiunge l’unità. 1-tf / tc

PRIMO PRINCIPIO TERMODINAMICA: rappresenta l’equazione di un bilancio energetico (conservazione dell’energia), cioè la variazione di energia interna di un sistema termodinamico dipende dall’energia (in termini di calore e lavoro) che il sistema scambia con l’esterno. Non pone limiti alla possibilità di trasformare tutto il calore in lavoro (lo fa il secondo principio) , in modo da ritornare alla condizione iniziale ( chiudere il ciclo).

Delta U = Q - L LIMITI DEL 1 PRINCIPIO: non si converte tutto il calore in lavoro e non tutte le trasformazioni possono avvenire in entrambe le direzioni (tipo se un corpo cede calore ad un corpo a temperatura maggiore) PIANO DI CLAPEYRON: Sul piano pressione (ordinate) – volume (ascisse), si rappresenta lo stato di un gas. Rappresentano due delle 3 coordinate dello stato di un gas, la 3 è la temperatura (particolarità: l’area ha le dimensioni del lavoro), Questo lavoro è positivo se il sistema si espande (volume maggiore), negativo se si comprime (volume inferiore rispetto all’inizio). Trasformazione isobora: avviene a pressione costante, sarà un segmento orizzontale. Lavoro diverso da 0. Trasformazione isocora: il volume rimane costante (non si forma area sul piano). Il segmento sarà verticale. Qui il 1 principio si riduce in ΔU= Q, ovvero la Δ di energia interna dipende dal calore scambiato. Trasformazione isotermica: è una curva retta dall’equazione T ∙ V= costante, ovvero una iperbole riferita ai propri asintoti (come assi cartesiani). Dato che la T è costante, è nulla la variazione di energia interna (che dipende dalla T). Il 1 principio si riduce a Q = L (lavoro scambiato= calore scambiato). L’area e quindi il lavoro sono diversi da 0. Trasformazione adiabatica: non si scambia né calore né massa con l’esterno (sistema isolato). È una curva inclinata. Area e Lavoro diversi da 0. Visto che ora il calore scambiato è Q = 0, il 1 principio diventa ΔU = - L (il lavoro scambiato sarà di segno opposto alla variazione di energia interna.) In una trasformazione chiusa o ciclica, lo stato finale coincide con lo stato iniziale (l’area associata sarà uguale all’area racchiusa nel diagramma della trasformazione). Nel caso del Ciclo di Carnot, l’area associata al ciclo è quella racchiusa tra 4 curve: due isotermiche e due adiabatiche. Se fosse preso in senso inverso: le aree sarebbero le stesse, ma il segno sarebbe opposto a prima. 2 PRINCIPIO: per far lavorare ciclicamente una macchina termica, non è possibile trasformare...