TERMODINAMICA

Si occupa di studiare come si modificano i sistemi soprattutto dal punto di vista energetico.

Sistema: porzione dell'universo che contiene una certa quantità di materia che studieremo.

Ambiente: porzione dell'universo che non costituisce il sistema. SI divide in tre:

• Aperto: può scambiare con l'ambiente materia ed energia

• Chiuso: scambia con l'ambiente solo energia

• Isolato: non scambia con l'ambiente né materia né energia, cioè solo l'universo

I sistemi termodinamici sono caratterizzati da: 

• variabili si stato: T, P, V, n 

• funzioni di stato: proprietà del sistema che dipende solamente dal suo stato termodinamico e la sua variazione si può calcolare conoscendo lo stato iniziale e finale indipendentemente dal percorso effettuato.

Processo termodinamico: Trasforma il sistema da stato iniziale a finale e si divide in due tipi:

• ​reversibile: ideale, in un tempo infinito si ha una successione di stati di equilibrio, la variazione è infinitesima delle variazioni di stato.

• irreversibile: con un tempo finito e una successione di stati di non-equilibrio, le variabili di stato variano in modo finito.

• Lavoro - W: energia trasformata da un sistema da una forza esterna che agisce su di esso per una certa distanza.

• Calore - Q: energia trasferita da un sistema o dall'ambiente ad un altro sistema per contatto termico, senza un interazione di tipo meccanico.

• Caloria - cal: definita come il calore necessario ad innalzare la T di 1g d'acqua da 16.5°C a 17.5°C.  1 cal=4,184 J

• Joule - J (N m): E' il lavoro compiuto quando una forza di 1N sposta il punto di applicazione di 1m.   1J= 0,239 cal

​Lavoro --> pistone

q<0 processo esotermico--> sistema libera calore

q>0 processo endotermico--> sistema assorbe calore

Calorimetria: insieme di metodi per misurare la quantità energia trasferita come calore.

ENERGIA INTERNA - U

E' una funzione di stato che esprime l'energia totale di un sistema, cioè la somma dell'energia cinetica delle parti che lo costituisce e dell'energia potenziale dovuta alle interazione tra esse. Non si conosce in modo assoluto, ma solo la sua variazione.

Convenzione del segno

• calore assorbito sempre segno +

• lavoro interpretato in 2 modi. criterio misto lavoro del sistema sull'ambiente +, egoistico lavoro dell'ambiente sul sistema +.​

Primo principio della termodinamica: Principio di conservazione dell'energia​

In un processo a delta V=0 (costante, isocora) la delta U corrisponde solo al calore ceduto o assorbito. 

ENTALPIA - H

In un processo a pressione costante la variazione di energia interna corrisponde al calore ceduto o assorbito.

ΔU = Qv

Se nel sistema introduciamo un certo quantitativo di calore, aumentando la T del sistema, il quale o si dilata o aumenta la pressione. Ricordando PV=nRT

Supponendo che il pistone sia libero di muoversi privo di attrito e che si trasformi in modo reversibile. 

W=F*S= P ΔV

ΔU = Qp - P ΔV

H= U + PV

Durante una transizione di fase l'entalpia varia, del calore viene assorbito o rilsciato.

Capacità termica: quantità di calore necessario ad innalzare di 1°C la T del sistema.

Calore specifico: calore necessario ad innalzare di 1°C la T di 1kg di sostanza.

Calorimetro: strumento che misura la quantità di calore scambiato durante la trasformazione. Si dividono in pressione costante e a volume costante.

LEGGE DI HESS

1) La somma delle variazioni di entalpia che portano da uno stato iniziale ad uno finale è uguale alla trasformazione diretta da s.i. a s.f

2) Il ΔH di una reazione può essere scomposto idealmente in  più reazioni parziali ed è pari alla somma algebrica delle variazioni di entalpia dei singoli stadi

ENTROPIA - S

E' una funzione di stato e indica il grado di disordine del sistema.

- In base al secondo principio della termodinamica

• L'entalpia dell'universo non può che rimanere costante o aumentare

• In un processo spontaneo, le variazioni di entropia totale, deve essere sempre positiva.

-In base al terzo principio della termodinamica

• L'entropia ha un valore preciso, e vale zero solo allo zero assoluto -273,15°C per un solido cristallino ordinato.

• E' legata alla temperatura

Principio zero: Due sistemi che sono in eq. con un terzo sistema in eq. sono in equilibrio tra loro. Basta che abbiano la stessa temperatura.

Primo principio: L’energia non si crea o si distrugge, ma viene scambiata sotto forma di calore e lavoro. L'energia interna è l'energia posseduta da un sistema a livello microscopico, cioè l'energia posseduta dalle entità molecolari di cui è composto il sistema, escludendo i contributi "macroscopici", in particolare l'energia cinetica e potenziale del sistema visto nella sua interezza. In un sistema isolato ΔU= 0 e ΔH=0

Definizione statica di Boltzmann: 

Inizialmente i gas sono situati in due compartimenti stagni, per cui in ciascun compartimento sono presenti solo molecole dello stesso tipo di gas. Se i due compartimenti sono messi in comunicazione (aprendo una valvola), i due gas si mescolano tra di loro e si ha un aumento di disordine, ovvero un aumento di entropia (che in tal caso viene detta "variazione di entropia di miscelamento").

​Nell'esempio si è assistito a un aumento di entropia "spontaneo" (è bastato infatti mettere in comunicazione i due compartimenti). Tale aumento di entropia spontaneo avviene sempre in natura, mentre non avviene una diminuzione di entropia spontanea.

Ordine: disposizione regolare di più cose in modo pratico, armonico e simmetrico.

In meccanica statistica lo studio sull'entropia è un tramite per ottenere informazioni macroscopiche a partire dalle configurazioni microscopiche. Intuitivamente a una certa condizione macroscopica di equilibrio del sistema (macrostato o stato termodinamico del sistema, definito da pressione e temperatura) corrispondano diverse configurazioni microscopiche (stati dinamici o microstati, definiti solo se si conoscono posizione e velocità di tutte le molecole del sistema).

Trasformazione ciclica

Il deltaU deve essere uguale a zero e quindi il calore e il lavoro sono uguali. Le macchine termiche si dividono in motrici e frigorifere.

Ciclo di Carnot --> ideale con rendimento massimo e reversibile

Altro in fisica 1