Termodinamica, ciò chì hè è e so applicazioni
A Termodinamica hè una scenza basata annantu à u studiu di l'energia. I prucessi termodinamichi si producenu ogni ghjornu in a vita d'ogni ghjornu, in case, in l'industria, cù a trasfurmazione di l'energia, cume in apparecchiature di climatizazione, frigoriferi, automobili, caldaie, frà altri. Da quì l'impurtanza di u studiu di a Termodinamica, basatu annantu à quattru leggi basi chì stabiliscenu e relazioni trà a qualità è a quantità di energia, è e proprietà termodinamiche.
Per capisce e leggi di a Termodinamica, in un modu faciule, ci vole à parte da alcuni cuncetti di basa chì sò esposti sottu, cum'è energia, calore, temperatura, frà altri.
Vi invitemu à vede l'articulu A Potenza di a Lege di Watt (Applicazioni - Esercizii)
Termodinamica
Un pocu di storia:
A Termodinamica studia i scambii è e trasfurmazioni di l'energia in i prucessi. Dighjà in u 1600 Galileo hà cuminciatu à fà studii in questa zona, cù l'invenzione di u termometru di vetru, è a relazione di a densità di un fluidu è a so temperatura.
Cù a rivoluzione industriale, studii sò fatti per cunnosce e relazioni trà u calore, u travagliu è l'energia di i carburanti, è ancu per migliurà e prestazioni in i motori à vapore, emergendu a Termodinamica cum'è una scienza di studiu, da u 1697 cù a macchina à vapore di Thomas Savery. A prima è a seconda lege di a termodinamica sò state stabilite in u 1850. Parechji scentifichi cum'è Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, frà altri, anu cuntribuitu à u sviluppu di sta scenza, "Termodinamica".
Chì hè a termodinamica?
A Termodinamica hè una scienza chì studia e trasfurmazioni energetiche. Siccomu inizialmente hè statu studiatu cumu trasfurmà u calore in putenza, in e macchine à vapore, e parolle greche "termu" è "dynamis" sò state aduprate per nome sta nova scienza, furmendu a parolla "termodinamica". Vede a figura 1.
Applicazioni Termodinamiche
L'area di applicazione di a termodinamica hè assai larga. A trasfurmazione di l'energia si faci in prucessi multipli da u corpu umanu, cù a digestione di l'alimentu, ancu in numerosi prucessi industriali per a produzzione di prudutti. In e case ci sò ancu dispositivi induve a termodinamica hè applicata à i ferri, scaldacqua, condizionatori d'aria, frà altri. I principii di a termodinamica sò ancu applicati in una larga varietà di campi, cum'è in e centrali elettriche, automobili è razzi. Vede a figura 2.
Basi di Termodinamica
Energia (E)
Proprietà di qualsiasi corpu o sistema materiale o micca materiale chì pò esse trasfurmatu mudificendu a so situazione o statu. Hè definitu ancu cum'è u putenziale o a capacità di spostà a materia. In figura 3 pudete vede alcune fonti d'energia.
Forme di energia
L'energia vene in parechje forme, cum'è eolica, elettrica, meccanica, energia nucleare, frà altri. In u studiu di a termodinamica, l'energia cinetica, l'energia potenziale è l'energia interna di i corpi sò aduprate. L'energia cinetica (Ec) hè in relazione cù a velocità, l'energia putenziale (Ep) cù l'altezza è l'energia interna (U) cù u muvimentu di e molecule interne. Vede a figura 4.
Calore (Q):
Trasferimentu di energia termica trà dui corpi chì sò à diverse temperature. U calore hè misuratu in Joule, BTU, libbra-pedi, o in calorie.
Température (T):
Hè una misura di l'energia cinetica di l'atomi o di e molecule chì custituiscenu qualsiasi ogettu materiale. Misura u gradu di agitazione di e molecule interne di un ogettu, di a so energia termica. Più hè grande u muvimentu di e molecule, più alta hè a temperatura. Hè misuratu in gradi Celsius, gradi Kelvin, gradi Rankine, o gradi Fahrenheit. In a figura 5 hè presentata l'equivalenza trà alcune scale di temperatura.
Principii Termodinamichi
U studiu di e trasfurmazioni energetiche in termodinamica hè basatu annantu à quattru leggi. A prima è a seconda legge sò in relazione cù a qualità è a quantità di energia; mentre chì a terza è a quarta legge sò in leia cù e prupietà termudinamiche (temperatura è entropia). Vede e figure 6 è 7.
Prima Legge di a Termodinamica:
A prima lege stabilisce u principiu di cunservazione di l'energia. L'energia pò esse trasferita da un corpu à l'altru, o cambiata in un'altra forma d'energia, ma hè sempre cunservata, cusì a quantità totale di energia ferma sempre custante.
Una rampa di pattinaggio hè un bon esempiu di a Legge di Conservazione di l'energia, induve si trova chì l'energia ùn hè micca creata o distrutta, ma hè trasformata in un altru tipu d'energia. Per un skater cum'è quellu di a figura 8, quandu solu influenza a forza gravitazionale, duvemu:
- Posizione 1: Quandu u skater hè in cima di a rampa, hà energia interna è energia putenziale per via di l'altitudine in cui si trova, ma a so energia cinetica hè nulla postu chì ùn hè micca in muvimentu (velocità = 0 m / s).
- Posizione 2: Quandu u skater principia à scivulà per a rampa, l'altezza diminuisce, diminuendu l'energia interna è l'energia potenziale, ma aumentendu a so energia cinetica, cume aumenta a so velocità. L'energia hè trasfurmata in energia cinetica. Quandu u skater ghjunghje à u puntu più bassu di a rampa (pusizione 2), a so energia putenziale hè nulla (altezza = 0m), mentre ch'ellu acquista a velocità più alta in u so viaghju per a rampa.
- Posizione 3: Quandu a rampa cresce, u skater perde a velocità, diminuendu a so energia cinetica, ma l'energia interna aumenta, è l'energia potenziale, mentre guadagna altezza.
Seconda lege di a termodinamica:
A seconda lege hè in relazione cù a "qualità" di l'energia, in l'ottimisazione di a cunversione è / o trasmissione di l'energia. Sta lege stabilisce chì in prucessi veri a qualità di l'energia tende à calà. A definizione di a pruprietà termodinamica "entropia" hè introdutta. In e dichjarazioni di a seconda lege, hè stabilitu quandu un prucessu pò accade è quandu ùn pò micca, ancu se a prima lege continua à esse rispettata. Vede a figura 9.
Legge Zero:
A lege zero dice chì sì dui sistemi in equilibriu cù un terzu sò in equilibriu trà di elli. Per esempiu, per a Figura 10, se A hè in equilibriu termicu cù C, è C hè in equilibriu termicu cù B, allora A hè in equilibriu termicu cù B.
Altri cuncetti di u Termodinamica
Sistema
Parte di l'universu chì hè d'interessu o di studiu. Per a tazza di caffè in Figura 11, u "sistema" hè u cuntenutu di a tazza (caffè) induve u trasferimentu di energia termale pò esse studiatu. Vede a figura 12. [4]
Ambiente
Hè u restu di l'universu esternu à u sistema in studiu. In a Figura 12, a tazza di caffè hè cunsiderata u "cunfini" chì cuntene u caffè (sistema) è ciò chì hè fora di a tazza (cunfini) hè l '"ambiente" di u sistema.
Equilibriu Termodinamicu
Statu induve e pruprietà di u sistema sò ben definite è ùn cambianu micca cù u tempu. Quandu un sistema presenta equilibriu termicu, equilibriu meccanicu è equilibriu chimicu, hè in "equilibriu termodinamicu". In equilibriu, un sistema ùn pò mudificà u so statu à menu chì un agente esternu agisca annantu à ellu. Vede a figura 13.
Muru
Entità chì permette o impedisce l'interazzione trà i sistemi. Se u muru permette u passaghju di a sustanza, si dice chì hè un muru permeabile. Un muru adiabaticu hè quellu chì ùn permette micca u trasferimentu di calore trà dui sistemi. Quandu u muru permette u trasferimentu di energia termica hè chjamatu muru diatermicu. Vede a figura 14.
CONCLUSIONES
L'energia hè a capacità di spustà a materia. Questu pò esse trasfurmatu modificendu a so situazione o statu.
A Termodinamica hè una scienza chì studia i scambii è e trasfurmazioni di l'energia in i prucessi. U studiu di e trasfurmazioni energetiche in termodinamica hè basatu annantu à quattru leggi. A prima è a seconda lege sò in relazione cù a qualità è a quantità di energia; mentre chì a terza è a quarta legge sò in leia cù e proprietà termodinamiche (temperatura è entropia).
A Temperatura hè una misura di u gradu di agitazione di e molecule chì formanu un corpu, mentre u calore hè u trasferimentu di energia termica trà dui corpi chì sò à temperature diverse.
L'equilibriu termodinamicu esiste quandu u sistema hè simultaneamente in equilibriu termicu, equilibriu meccanicu è equilibriu chimicu.
Nota di ringraziamentu: Per u sviluppu di questu articulu avemu avutu l'onore di avè u cunsigliu di u Ing. Marisol Pino, Specialista in Strumentazione è Cuntrollu Industriale.