Termodinamica

I principio della termodinamica

segni_calore_lavoro (9K)

Se il principio zero della termodinamica è un modo di definire la grandezza temperatura, il primo principio della termodinamica è il principio di conservazione dell'energia che comprende sia gli scambi energetici meccanici, sia quelli termici.

Come abbiamo visto, calore e lavoro sono due diverse modalità di trasferimento dell'energia: il calore è uno scambio termico fra corpi a diversa temperatura, mentre lo scambio meccanico avviene mediante il lavoro di una forza.

Come sappiamo dalla meccanica, si compie lavoro positivo su un corpo se si riesce a spostarlo nella direzione della forza applicata (oppure nella direzione di una componente della forza): fare lavoro positivivo significa cedere energia, fare lavoro negativo significa acquistare energia.

La convenzione dei segni degli scambi energetici è raffigurata nello schema qui accanto:

Se un gas acquista calore dall'ambiente (Q positivo), la sua energia interna tende ad aumentare, se cede calore all'ambiente (Q negativo), la sua energia interna tende a diminuire.

Se un gas si espande (L positivo), compie un lavoro a spese della sua energia interna che quindi tende a diminuire, se viene compresso (L negativo) è l'ambiente che trasferisce energia al gas e l'energia interna del gas tende ad aumentare.

Primo principio della termodinamica: La variazione di energia interna di un sistema è pari alla somma algebrica degli scambi di calore e di lavoro effettuati.

ΔU = Q - L

Se un sistema è isolato sia termicamente (Q = 0), sia meccanicamente (L = 0), la sua energia interna rimane costante.

ΔU = 0

simulazione (23K)

Consideriamo il modello di gas che abbiamo visto nella simulazione Gas perfetto: se riscaldiamo l'ambiente a pressione costante, il gas si riscalda e si dilata. La trasformazione, in questo caso, è isobara. Quali sono gli scambi energetici che avvengono durante la trasformazione e cosa succede all'energia interna del gas?

C'è un passaggio di calore Q (positivo) dall'ambiente al gas tramite la base conduttrice. Il gas però si dilata e consuma energia per sollevare il pistone compiendo un lavoro L (positivo) contro l'ambiente.

La variazione ΔU di energia interna del gas dipende dal valore di Q e di L.

Secondo te, in una dilatazione isobara, l'energia interna del gas
  1. aumenta
  2. diminuisce
  3. rimane costante

L'energia interna è una funzione di stato il cui valore, per un gas ideale, dipende esclusivamente dalla temperatura: poichè il gas si è riscaldato, la sua energia interna è aumentata. Questo significa che la quantità di energia acquistata come calore è maggiore della quantità di energia spesa come lavoro.

In una dilatazione isobara Q ed L sono entrambi positivi ed è positiva anche la variazione ΔU di energia interna:

ΔU = Q - L > 0 e quindi Q > L


Copyleft Ludovica Battista

Valid HTML 4.01 Transitional