II principio della termodinamica (ppt) - 7 MB

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Il secondo principio della

Termodinamica

A.S. 2011/12 Classe V A

Liceo Classico “Parzanese” Ariano Irpino (AV)

Entropia: il modo che ha l'universo di dirci che siamo liberamente travolt dalla sua ironia.

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 Il I principio della termodinamica stabilisce il principio di conservazione dell’energia (le trasformazioni possibili non hanno limiti)

 Il II principio spiega perché certe trasformazioni avvengono in una sola direzione

Introduzione

Difficile osservare un uovo ricomporsi dopo che si è rotto

tutti i processi che avvengono in natura procedono in un solo senso. Mai, di loro

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Esempio 1: Lasciamo cadere un sasso. Finisce per terra.

Di sua iniziativa, non si è mai visto un sasso che si sollevi da terra per finirci in mano.

Esempio 2: Se dimenticate il caffè sul tavolo, si raffredda.

Da solo, non si è mai visto un caffè che si scaldi.

Esempio 3: Immettiamo una goccia d’inchiostro in una

scodella d’acqua. Dopo un po’ l’inchiostro si ritrova distribuito uniformemente in tutta la scodella. Mai viste delle molecole d’inchiostro che, spontaneamente, si radunino a formare una sferetta d’inchiostro nell’acqua!

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… in pratica

Espansione libera di un gas Cassa che scivola su una superficie con attrito

Si tratta di processi irreversibili (avvengono spontaneamente in una sola direzione)

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Non si torna indietro…



Definiamo questi processi a senso unico come

irreversibili, un termine che significa: una volta avviato

un processo(irreversibile), esso continua a procedere.



Più precisamente, si vuol dire che è impossibile, con

piccole modifiche dell’ambiente in cui si svolge, far sì

che il processo cambi verso. Sostanzialmente, tutti i

processi che avvengono in natura sono irreversibili.

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Entropia

Non è l’energia del sistema che controlla il senso dei processi

irreversibili; è un’altra proprietà : l’entropia (simbolo S) del sistema.

Principio di entropia: quando in un sistema chiuso avviene un

processo irreversibile, l’entropia del sistema aumenta sempre; non diminuisce mai.

L’entropia si differenzia dall’energia anche perché non obbedisce ad alcun principio di conservazione. Qualunque sia la variazione che avviene all’interno di un sistema, la sua energia rimane costante, mentre la sua entropia aumenta inesorabilmente non appena vi si svolgano processi irreversibili.

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Come possiamo esprimere l’entropia in termini macroscopici?

_{Le molecole di un sistema ad alta T sono molto ‘disordinate’, sia}

nella loro posizione sia in termini degli stati energetici occupati (traslazionali, vibrazionali, rotazionali)

_{Le molecole di un corpo a bassa T (ad esempio un solido) sono}

molto piu’ ‘ordinate’, sia nella posizione sia negli stati energetici permessi.

_{Un sistema a bassa T ha meno stati energetici e posizioni permesse}

di un sistema ad alta T

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_{Consideriamo ora l’effetto di un trasferimento reversibile infinitesimo}

di calore ad un corpo.

_{Dal punto di vista dell’ordine molecolare e della redistribuzione}

energetica interna, fornire una quantità dqrev al sistema ha un effetto

maggiore se la temperatura è bassa.

_{Se il sistema è già ad alte temperature, avrà già una grande}

redistribuzione interna dell’energia, e fornire dqrev al sistema ha meno

effetto.

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Entropia crescente

Solido Cristallino Liquido Gas

 S > 0

 S < 0

S(

solido

) < S(

liquido

) < S(Gas)

 S > 0

 S < 0

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Entropia e Passaggi di

Fase

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 Una macchina termica opera tra due temperature diverse e trasforma

parte del calore in lavoro. Il fluido interno compie un ciclo

Macchine Termiche

Serbatoio Serbatoio Caldo Caldo Serbatoio Serbatoio Freddo Freddo Fluido Fluido Isolante Isolante

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Il II principio (Kelvin-

Plank)

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1 1 2 2

q

_H_H

T

HH

=

costantecostante 3 3 4 4

q

_L_L

T

_L_L

=

₌

costantecostante V V

p

Ciclo di Carnot

1-2 : Isoterma

2-3 : Adiabatica

3-4 : Isoterma

4-1 : Adiabatica

Lavoro Estratto

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 Quattro Tempi  12: adiabatica lenta  23: isocora veloce  34: adiabatica lenta  41: isocora veloce

Il Ciclo di Otto

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Passo 1: Entra la miscela aria benzina dal

carburatore

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Motore a ciclo di Otto

Passo 2: Compressione della miscela

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Motore a ciclo di Otto

Passo 3: Accensione ed espansione della miscela

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Motore a ciclo di Otto

Passo 4: Scarico dei Gas

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La macchina

frigorifera

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II principio delle

Termodinamica

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 Calcolare il S quando Argon a 25 °C, 1 atm e 500 cm3 viene espanso a

1000 cm3 e 100 °C

Esercizio

V

T



S

è una funzione di

stato, quindi posso

usare il cammino mi è

più comodo.

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Soluzione

 Per il cammino prescelto,

S = S1+ S2 (isoterma + isocora) S1: (500 cm3, 25 °C),  (1000 cm3, 25 °C) S2: (1000 cm3, 25 °C),  (1000 cm3, 100 °C) S1 = nR ln(Vf/Vi) Vf = 1000 cm3 Vi = 500 cm3 n = pV/RT = 0.0204 moli

V

T

 _S_S₁₁  _S_S₂₂  S_S₁₁ = 0.118 JK = 0.118 JK-1-1

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Soluzione

S2 = n CV,m ln(Tf/Ti) Tf = 373.15 K Ti = 298.15 K n = 0.0204 moli CV,m = 12.48 JK-1 mol-1

V

T

 _S_S₁₁  _S_S₂₂  _S_S₂₂_{= 0.057 JK}_{= 0.057 JK}-1-1  _{S =}_{S =}_S_S₁₁₊₊_S_S₂₂₌₌ _{0.175 JK}_{0.175 JK}-1-1