TERMODINAMICAUn sistema termodinamico è un sistema di molte particelleDalla sensazione di caldo o di freddo si passa al concetto di stato termico.

freddo caldo

interazione termica

equilibrio termico

Principio zero della termodinamica

A B

C

A B

C

A B

C

Due corpi in equilibrio termico con un terzo, sono in equilibrio termico tra di loro.

isolante

isolante

Concetto di temperatura

Il principio zero permette di assegnare ad ogni stato termico un numero, che è un indicatore dello stato termico.

Ad ogni stato termico associamo un numero che è indice dello stato termico e che ne fornisce la temperatura.

T = aG Determinazione della costante “a”

Scegliamo un riferimento: il punto triplo dell’acqua

Associamo ad esso un numero: T0 = 273.16

T0 aG0 a T0

G0 T 273.16

G0G in kelvin (K)

dove G0 è il valore assunto dalla grandezza fisica al punto triplo.

La diretta proporzionalità assunta in “T = aG” non è vera per tutte le grandezze che variano con la temperatura.

Il miglior termometro possibile è il termometro a gas: se il gas è rarefatto, a volume costante, pressione e temperatura sono direttamente proporzionali.

B

h

O

p = pA + gh

T 273.16

pp0

K

Gli altri termometri sono tarati, usando come riferi-mento le temperature di un termometro a gas.

Termometro a gas

VARIABILI DI STATO

Per i sistemi a molte particelle ( in 2 g di idrogeno ci sono 6 1023 molecole!) non è possibile dare posizione e velocità di ogni particella.Si descrive il sistema mediante pochi parametri legati ai valori medi delle grandezze dinamiche:

Volume

Pressione

Temperatura

Pressione, volume e temperatura sono variabili di stato o coordinate termodinamiche di un fluido omogeneo.

gas perfetto

Uno stato di equilibrio termodinamico di un gas omogeneo è descritto e identificato da tre variabili termodinamiche: P, V, T

queste variabili sono legate da una equazione di stato, determinata empiricamente o mediante un modello.Equazione di stato per il gas perfetto: pV =

nRT

R = 8.31 J mole-1 K-1 R = 0.082 l atm mole-1K-1

Se T = cost, si ha una trasformazione isotermica, la cui legge, pV = cost (legge di Boyle), in un diagramma pV è rappresentata da un ramo di iperbole.

dove n è il numero di moli di gas, T la temperatura assoluta.

Gas ideale o perfetto

Non ci sono forze attrattive tra le particelle del gas, che sono puntiformi. Il gas perfetto soddisfa la legge di Boyle, quindi in un diagramma pV le isoterme sono rappresentate da rami di iperbole equilatera.Un gas reale si comporta come un gas perfetto quando è molto rarefatto (le forze attrattive sono trascurabili), e quando la sua temperatura è maggiore della temperatura critica (il gas non può essere liquefatto).

Sistemi di molte particelle

Energia interna

Ei =ECi + Uigas reale:

gas perfetto: Ei =ECi

Trasformazione termodinamica

Passaggio da uno stato di equilibrio ad un altro, dovuto ad interazione (scambio di energia) con l’ambiente esterno.