Termodinamica X – Composizione di trasformazioni

Le singole descrizioni delle trasformazioni ci hanno dato tutte le equazioni che quantificano i sistemi termodinamici macroscopicamente. Quantitativamente una serie di trasformazioni non sono altro che la somma delle singole. In particolare un ciclo termodinamico reversibile i cui stati passano attraverso punti di equilibrio è descritto da una serie di trasformazioni che sul piano di Clapeyron sono rappresentate da un area chiusa i cui stati iniziali coincidono con quelli finali. Quindi se in una somma di trasformazioni reversibili si torna allo stesso punto, la temperatura iniziale sarà uguale a quella finale e l’energia interna non sarà variata.

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Termodinamica IX – Equazioni delle trasformazioni termodinamiche

Alla luce delle nuove relazioni ricavate, in particolar modo quelle del valore gamma come rapporto tra i calori molari a pressione e volume costante, possiamo dettagliare meglio le equazioni per le trasformazioni delle 3 leggi note e per altre più generiche.
Nelle Trasformazioni adiabatiche è possibile solo scambiare lavoro meccanico quindi non c’è variazione di quantità di calore e la variazione di energia interna dipenderà solo dal lavoro fatto dal o sul sistema.

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Termodinamica VIII – Energia interna nei gas perfetti

Abbiamo detto in un esempio precedente che “la variazione di temperatura è la stessa tra i due stati di equilibrio e quindi anche la variazione di energia interna“. Questo può sembrare intuitivo

d’altronde in una trasformazione reversibile, facciamo variare due variabili e la terza rimane costante

ma può rimanere il dubbio che possa quindi dipendere anche da variazioni di altre variabili termodinamiche anzichè solo dalla temperatura . Grazie alle relazioni trovate possiamo dire che il calore che bisogna cedere a una mole di gas perfetto per fare aumentare la sua temperatura di un grado è maggiore a pressione costante piuttosto che in una trasformazione a volume costante perchè a pressione costante il gas compie anche lavoro. Questa proporzione viene usata in un altro esperimento di Joule detto dell’espansione libera. Read more ›

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Termodinamica VII – Trasformazioni per i gas perfetti : lavoro e calore

In una trasformazione di gas perfetti si passa da uno stato di equilibrio ad un altro, affinchè tutte le variabili termodinamiche siano sempre “accordate” secondo la curva descritta sul piano di Clapeyron.

Se lo stato è di non-equilibrio le variabili non daranno risultati consistenti con l’equazione dei gas perfetti. Infatti a causa di trasformazioni troppo veloci o troppolente o se  è stato somministrato o ceduto troppo calore o pressione, analiticamente le variabili non risolveranno più l’equazione e fisicamente non ci sarà più uno stato di equilibrio.

E’ importante conoscere queste due facce della medaglia perchè l’una non esiste senza l’altra, la relazione di eguaglianza tra queste quantità è estremamente forte e non ammette deroghe ai postulati dati. I postulati stessi sono estremamente spinti e riguardano solo il caso limite dei gas perfetti, quindi occorre molto poco per non avere i corretti risultati. Read more ›

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Termodinamica VI – Leggi dei gas perfetti

Come descritto precedentemente, i comportamenti delle sostanze nei vari stati della materia possono essere imprevedibili e non riproducibili se sottoposti a trasformazioni termodinamiche. Esiste però uno stato particolare che abbiamo visto durante la descrizione della taratura dei termometri a gas che ci permette una buona approssimazione dei comportamenti termodinamici senza avere comportamenti imprevedibili. Tutti gli elementi in certe condizioni di bassa pressione e alta temperatura assumono comportamenti simili, in particolare i gas nobili che non hanno reazioni chimiche sensibili. I gas ci permettono altresì di occupare tutto il volume a disposizione e sono facilmente comprimibili permettendo facilmente di modificarne pressione, volume e densità con gli strumenti che abbiamo descritto nei paragrafi precedenti nelle trasformazioni termodinamiche.
Un gas che ha tutte queste caratteristiche limite ha un comportamento ideale ai fini dei calcoli e della previsione e viene detto gas ideale o perfetto
D’ora in poi tratteremo solo gas che seguono queste caratteristiche.
Le leggi che seguiranno sono frutto di moltissimi esperimenti al fine di verificarne la precisione e veridicità almeno nelle condizioni descritte.

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Termodinamica V – Calorimetria

Finora abbiamo visto come le sostanze si comportino mediamente quando avviene una variazione di temperatura in funzione del loro volume e di come ognuno possieda una propria proprietà termometrica.
L’esperimento di Joule ci ha permesso di dimostrare il primo principio della termodinamica e quindi l’equivalenza tra lavoro e calore, entrambe forme di energia.
Abbiamo visto le possibili trasformazioni termodinamiche e le loro difficoltà operative al fine di riprodurre trasformazioni reversibili e quindi la difficoltà di trovare relazioni matematiche stabili tra le variabili termodinamiche che ci portino a equazioni più generali e precise.
A tal fine dobbiamo però approfondire un altro aspetto che dipende da tutti questi fattori. Grazie alle relazioni finora trovate, possiamo valutare con precisione alcune trasformazioni piuttosto comuni per trarre delle relazioni analitiche riguardanti lo scambio di calore tra i corpi che ci faranno da ponte per le equazioni più importanti.

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Termodinamica IV – Passaggi di energia e trasformazioni

Abbiamo finora parlato per sommi capi delle trasformazioni termodinamiche dal punto di vista della variazione di energia interna, trattiamo adesso le trasformazioni da un punto di vista più intrinseco e operativo.
Come già detto, una trasformazione termodinamica è una modifica dello stato del sistema tramite la variazione delle sue variabili termodinamiche Pressione, Temperatura e Volume, che non per forza portano a una variazione (finale) della sua energia interna.
Infatti, per ottenere delle trasformazioni da uno stato di equilibrio ad un altro risulta necessario non variare tutte le coordinate termodinamiche insieme ma solo due per volta tenendo costante la rimanente. Questo comporta determinate condizioni del sistema in modo da tenere costanti pressione, volume e temperatura una per volta.
Le trasformazioni sono visualizzabili tramite grafico del cosiddetto piano di Clapeyron, ossia un diagramma cartesiano con la pressione e il volume come assi rispettivamente come ordinate e ascisse. Read more ›

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