INDICE
-IL MODELLO MICROSCOPICO DELLA MATERIA -IL MOTO DI BROWN
-IL CALCOLO DELLA PRESSIONE DEL GAS PERFETTO -L’ENERGIA INTERNA
-IL CALORE
-IL CALORIMETRO
-DETERMINARE IL CALORE SPECIFICO DI UNA SOSTANZA E LA TEMPERATURA DI EQUILIBRIO -TABELLA DEI CALORI SPECIFICI
-CONDUZIONE, CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO -LA TERMODINAMICA
-GRAFICI DELLE TRASFORMAZIONI
-IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA -IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA -L’ENTROPIA
IL MODELLO MICROSCOPICO
DELLA MATERIA
IL MOTO BROWNIANO
Nel 1827 il botanico Robert Brown osservò con un microscopio che un granello di polline sospeso in
acqua si muove incessantemente, in modo casuale e
disordinato. Dal suo nome questo fenomeno è detto
moto browniano.
X
Y
Z
Prendiamo in considerazione le dimensioni X e Y del cubo
ΔY= ΔYΔZ ΔZ= -ΔYΔZ
P=mv
Δp= 2ΔPZ Δp=2m<v>
V= S/t t=s/v=2l/v
Δp= FmediaΔt Fmedia= Δp/Δt=
2m<v>/2l/v= m<v>²/l F=N/3 Fmedia
F=N/3 m<v>²/l= Nm<v>²/3l
P=F/A= Nm<v>²/3l
.½ l²= Nm<v>
²/3l3mv²= 2Kmedia
P=2NK/3V
l
3 = VU=NK PV= 2/3NK PV= nRT 2/3NK= nRT
K= 3nRT/2N
N=Na n
K= 3nRT/2Na n
R/NA =Kb=costante di Boltzmann
K= 3/2Kbt
ENERGIA INTERNA
L'energia interna è la somma dell'energia cinetica e potenziale delle singole componenti, ad esempio particelle e molecole, di un sistema o corpo
Kb=1.38054*10-23 joule/K R=8,314472 J/ mol K Na= 6,022 × 1023
IL CALORE
IL CALORIMETRO
Il calorimetro è uno strumento utilizzato per misurare i
trasferimenti di calore. E’ un contenitore di bassa capacità termica, tale da non assorbire molto calore e ben isolato termicamente.
Il calorimetro viene riempito d’acqua:
così un oggetto introdotto nel
contenitore scambia calore con l’acqua.
Di conseguenza la temperatura
dell’acqua varia fino a un valore di
equilibrio Te.
Il calorimetro serve anche per la misurazione dei calori specifici C= Q/ΔT Q= CΔT C=cΔt
Q=cmΔT
Q1= c1m1ΔT1 Q2=c2m2ΔT2
Per ricavare c2:
Q1+Q2=0
c1m1ΔT1+ c2m2ΔT2=0
c1m1(Te-T1)+c2m2(Te-T2)=0
c1m1Te-c1m1T1+c2m2Te-c2m2T2=0 c2m2(Te-T2)=-c1m1T1
Per isolare c2 dividiamo tutto per m2(Te-T2) e otteniamo
c2= c1m1T1+c2m2T2/m2(T2-Te)
Per ricavare Te:
c1m1Te-c1m1T1+c2m2Te-c2m2T2=0 Te(c1m1+c2m2)=c1m1T1
Per isolare Te dividiamo tutto per c1m1+c2m2 e
otteniamo
Vediamo, adesso, alcuni casi particolari
1) Se m1=m2=m
Te=m(c1T1+c2T2)/m(c1+c2) Te= C1t1+c2T2/c1+c2
2) Se c1=c2=c
Te=c(m1T1+m2T2)/c(m1+m2) Te= m1T1+m2T2/m1+m2
3) Se m1=m2 e c1=c2
Te=c(m1T1+m2T2)/c(2m)
Te=T1+T2/2
CONDUZIONE, CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTO
La conduzione è un meccanismo di
propagazione del calore in cui si ha trasporto di energia senza spostamento di materia
La convezione è un trasferimento di
energia con trasporto di materia, dovuto alle correnti che si producono nei fluidi
L’irraggiamento è la trasmissione di
calore nel vuoto.
LA TERMODINAMICA
La termodinamica è quella branca della fisica che studia e descrive le
trasformazioni, dette trasformazioni termodinamiche, subite da un sistema fisico, detto sistema termodinamico, in seguito a processi che coinvolgono la
trasformazione di massa ed energia.
Le trasformazioni possono essere reali, quasistatiche, adiabatiche e cicliche
Una trasformazione reale è un cambiamento che lo stato di un sistema termodinamico subisce in un tempo limitato.
Una trasformazione quasistatica è una trasformazione ideale ottenuta passando per un numero molto grande di stati di equilibrio intermedi, ognuno dei quali differisce pochissimo da quello precedente e avviene a velocità molto bassa.
Le trasformazioni adiabatiche
avvengono senza scambi di calore tra il sistema considerato e l’ambiente.
Le trasformazioni cicliche hanno lo stato finale che coincide con quello iniziale.
TRASFORMAZIONE REALE
TRASFORMAZIONE ADIABATICA
TRASFORMAZIONE CICLICA TRASFORMAZIONE QUASISTATICA
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Il primo principio della termodinamica può essere così enunciato: esiste una funzione di stato U, detta energia interna, tale che se un sistema subisce una trasformazione da uno stato iniziale 1 a uno stato finale 2, scambiando una quantità di calore Q con l'esterno ed effettuando un lavoro meccanico W, si ha che: U2-U1=Q-W dove U1 e U2 rappresentano rispettivamente l'energia interna iniziale e finale.
Il primo principio della termodinamica rappresenta una formulazione del principio di conservazione dell'energia: « L'energia interna di un sistema termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra. »
Il secondo principio della termodinamica è un principio della termodinamica classica che enuncia l'irreversibilità di molti eventi termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da un corpo caldo ad un corpo freddo
IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMINCA
ENTROPIA
L’entropia, in fisica, è una grandezza scalare che rende conto della propensione di un corpo o di un sistema fisico, durante processi chimici e termodinamici, a scambiare o trasformare energia in un certo modo piuttosto che in altri. Nella fattispecie, si può dire che un sistema fisico tende a modificarsi o interagire con altri sistemi in modo da aumentare la propria entropia, o
quantomeno a non farla diminuire.
La prima definizione di entropia è legata allo sviluppo della termodinamica. La parola “entropia”
fu introdotta per la prima volta nel mondo scientifico da Rudolph Clausius nel 1864 e ricalcava la parola “energia”: se questa, dal greco antico, significa “capacità di agire interna
(en)”, entropia significa la capacità intrinseca di un sistema di trasformarsi . Per sua stessa
definizione, l’unità di misura dell’entropia, nel sistema internazionale, è pari all’unità di misura dell’energia, il Joule in cui si misurano gli scambi energetici (tra cui il
calore), fratto l’unita di misura della temperatura assoluta, il gardo kelvin.
