I principi della Termodinamica
Il mulinello di Joule
• Sappiamo che possiamo riscaldare un corpo (ad es. una massa di acqua) avvicinandolo ad una sorgente di calore, ma anche mediante lavoro meccanico.
• Noi tutti sappiamo che sfregando le mani
queste si riscaldano, percuotendo un oggetto
con un martello questo si scalda.
Il mulinello di Joule
• Il fisico Joule verso la metà del 1800 fece un celebre esperimento.
• Con il marchingegno in figura riscaldò l’acqua .
• L’energia potenziale dei pesi attratti dalla forza di gravità si trasforma in energia cinetica e questa si trasferisce alle pale che riscaldano l’acqua nel calorimetro.
• Ripetendo più volte l’esperimento Joule riuscì a determinare l’equivalente
meccanico della caloria.
• Un lavoro di 4,186 J corrisponde ad 1 caloria.
Sistemi termodinamici
• La Termodinamica è quella parte della Fisica che studia la trasformazione del lavoro meccanico in calore e
(viceversa) del calore in lavoro meccanico.
• I suoi principi sono alla base delle macchine termiche cioè di quelle macchine che sfruttano il calore per produrre
movimento, come ad es. il motore a vapore, il motore a scoppio, il motore Diesel.
• Si definisce sistema Termodinamico un qualsiasi sistema che può scambiare con l’ambiente calore e lavoro.
• Il nostro corpo ad es. è un sistema termodinamico che
irraggia calore nell’ambiente e può compiere lavoro
meccanico ad es. sollevando pesi.
Sistemi termodinamici
• Per studiare i Principi della Termodinamica noi
utilizzeremo un sistema termodinamico ideale, costituito da un cilindro con un pistone scorrevole, all’interno del quale è contenuto un gas perfetto. Faremo tre ipotesi:
• 1) il pistone è a perfetta tenuta
• 2) non c’è attrito tra il pistone ed il cilindro
• 3) mentre le pareti del cilindro sono perfettamente isolate
termicamente, la base è un ottimo conduttore di calore
Trasformazioni termodinamiche
• Trasformazione adiabatica: è una trasformazione che avviene senza scambio di calore.
• Ciò significa che tutto il cilindro, sia le pareti che la base, è perfettamente isolato termicamente.
• Trasformazione isoterma: è una trasformazione che avviene a temperatura costante, obbedisce cioè alla legge di Boyle.
• Nel piano di Clapeyron (piano cartesiano avente in ascisse il Volume e in ordinate la pressione) si ottiene un ramo di iperbole.
Non si può comprimere il gas fino a portare il suo volume a zero. Per quanto piccole le molecole del gas occuperanno un volume.
Geometricamente l’iperbole è asintotica all’asse orizzontale.
Trasformazioni termodinamiche
• Trasformazione isobara: è una trasformazione che avviene a pressione costante.
• Ciò significa che sul pistone non vengono aggiunti o tolti pesi.
• Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento orizzontale.
Trasformazioni termodinamiche
• Trasformazione isocora: è una trasformazione che avviene a volume costante.
• Ciò significa che il pistone è “inchiodato”, non può muoversi.
• Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento verticale.
Trasformazioni cicliche
• Le trasformazioni cicliche sono trasformazioni che riportano il gas nelle stesse condizioni di temperatura, pressione, volume.
• Si parte da un punto A e dopo una serie di trasformazioni si ritorna in A.
