Principii Termodinamichi

Per capisce, di manera faciule, u mondu largu è cumplessu di a Termodinamica, si raccomanda di passà passu à passu partendu da una rivista di termini di basa, un'introduzione à i principii termodinamichi, è dopu studendu in più prufundità e leggi termodinamiche, cumu si sò spressi matematicamente. è e so applicazioni.

Cù e quattru leggi di a termodinamica (legge zeru, prima legge, seconda legge è terza legge), si descrive cumu funzionanu i trasferimenti è e trasformazioni di energia trà i diversi sistemi; essendu a basa per capisce assai fenomeni fisicochimici di a natura.

Revisione di cuncetti di basa

Vi invitemu à vede l'articulu TERMODINAMICA, chì hè è e so applicazioni

Pudete cumplementà queste informazioni cù l'articulu A Potenza di a Lege di Watt (Applicazioni - Esercizii) Avà SEGUIMU ...

Forme di energia

L'energia, a pruprietà di i corpi per trasfurmassi mudificendu a so situazione o statu, vene in parechje forme, cum'è energia cinetica, energia putenziale è energia interna di i corpi. Vede a figura 1.

Travagliu

Hè u pruduttu di una forza è di un spiazzamentu, tramindui misurati in a listessa direzzione. Per calculà u travagliu, si usa a cumpunente di a forza chì hè parallella à u spiazzamentu di l'ughjettu. U travagliu hè misuratu in Nm, Joule (J), ft.lb-f, o BTU. Vede a figura 2.

Calore (Q)

Trasferimentu di energia termica trà dui corpi chì sò à diverse temperature, è si verifica solu in u sensu chì a temperatura diminuisce. U calore hè misuratu in Joule, BTU, libbra-pedi, o in calorie. Vede a figura 3.

Principii Termodinamichi

Zero Law - Principiu Zero

A legge zeru di a termodinamica dice chì sì dui oggetti, A è B, sò in equilibriu termicu trà elli, è l'ughjettu A hè in equilibriu cù un terzu oggettu C, allora l'ughjettu B hè in equilibriu termicu cù l'oggettu C. L'equilibriu Termicu si verifica quandu dui o più corpi sò à listessa temperatura. Vede a figura 4.

Sta lege hè cunsiderata una lege di basa di a termodinamica. Hè statu postulatu cum'è "Legge Zero", in 1935, postu chì hè statu postulatu dopu à a prima è a seconda legge di a termodinamica.

1a Legge di a Termodinamica (Principiu di cunservazione di l'energia)

Dichjarazione di a Prima Lege di a Termodinamica:

A prima lege di a termodinamica, cunnisciuta ancu cum'è principiu di cunservazione di l'energia, dice chì l'energia ùn hè micca creata o distrutta, hè trasfurmata solu in un altru tipu d'energia, o hè trasferita da un ughjettu à l'altru. Cusì a quantità tutale di energia in l'universu ùn cambia.

A prima legge hè cumpleta in "tuttu", l'energia hè trasferita è trasformata in continuu, per esempiu, in certi dispositivi elettrichi, cume i miscelatori è i frullatori, l'energia elettrica hè trasformata in energia meccanica è termica, in u corpu umanu sò trasformati u chimicu energia di l'alimentu chì hè ingerita in energia cinetica quandu u corpu hè in muvimentu, o altri esempi cum'è quelli mostrati in a figura 5.

Equazione di a Prima Lege di Termodinamica:

L'equazione di a prima lege in i principii termodinamichi sprime l'equilibriu chì deve esiste trà i sfarenti tippi d'energia in un prucessu datu. Postu chì, in sistemi chjusi [1], i scambii energetichi ponu esse dati solu da u trasferimentu di calore, o da u travagliu fattu (da o nantu à u sistema), si stabilisce chì a variazione energetica di un sistema hè uguale à a somma di trasferimenti di energia per mezu di u calore è di u travagliu. Vede a figura 6.

Cunsidendu chì e energie cunsiderate in questu bilanciu energeticu sò energia cinetica, energia putenziale è energia interna [1], u bilanciu energeticu per i sistemi chjusi ferma cum'è mostratu in a figura 7.

• (ec) Energia cinetica, per via di u muvimentu di un corpu;
• (ep) Energia Potenziale, per via di a pusizione di un corpu in un campu gravitazziunale;
• (OR) Energia interna, per via di i cuntributi microscopichi di l'energia cinetica è potenziale di e molecule interne di un corpu.

Esercitu 1.

Un contenitore sigillatu cuntene una sostanza, cù una energia iniziale di 10 kJ. A sustanza hè agitata cù una elica chì face u travagliu 500 J, mentre una fonte di calore trasferisce 20 kJ di calore à a sostanza. Inoltre, 3kJ di calore hè liberatu in l'aria durante u prucessu. Determinate l'energia finali di a sustanza. Vede a figura 8.

Solución:

In a figura 9 pudete vede u calore aghjuntu da a fonte di calore, chì hè cunsideratu "pusitivu" postu chì aumenta l'energia di a sustanza, u calore chì hè liberatu in l'aria, negativu postu chì diminuisce l'energia di a sostanza, è u u travagliu di l'elica, chì hà aumentatu l'energia hà pigliatu un segnu pusitivu.

In a figura 10 hè presentatu u bilanciu energeticu, secondu a prima lege di a termodinamica è si ottiene l'energia finale di a sustanza.

Seconda lege di a termodinamica

Ci hè parechje dichjarazioni di a seconda lege di a termodinamica: dichjarazione di Planck-Kelvin, Clausius, Carnot. Ognunu mostra un aspettu diversu di a seconda lege. In generale a seconda lege di a termodinamica postula:

• A direzzione di i prucessi termodinamichi, irreversibilità di i fenomeni fisichi.
• L'efficienza di e macchine termiche.
• Intrite a pruprietà "entropia".

Direzzione di i prucessi termodinamichi:

Spontaneamente in natura, l'energia scorre o hè trasferita da u statu di energia più altu à u statu di energia più bassu. U calore scorre da corpi caldi à corpi freddi è micca à u cuntrariu. Vede a figura 11.

Efficienza o prestazione termica:

Sicondu a prima lege di a termodinamica, l'energia ùn hè nè creata nè distrutta, ma pò esse trasfurmata o trasferita. Ma in tutti i trasferimenti di energia o trasfurmazioni una quantità di questu ùn hè micca utile per fà u travagliu. Quandu l'energia hè trasferita o trasfurmata, una parte di l'energia iniziale hè liberata cum'è energia termica: l'energia si degrada, perde qualità.

In ogni trasfurmazione energetica, a quantità di energia ottenuta hè sempre menu di l'energia furnita. L'efficienza termica hè a quantità di calore da a fonte chì hè cunvertita in travagliu, u rapportu trà l'energia utile ottenuta è l'energia furnita in una trasformazione. Vede a figura 12.

Macchina Termica o Macchina di Calore:

A macchina termica hè un dispositivu chì converte parzialmente u calore in travagliu o energia meccanica, per questu richiede una fonte chì furnisce calore à alta temperatura.

In e macchine termiche si usa una sustanza cum'è vapore d'acqua, aria o carburante. A sostanza subisce una serie di trasformazioni termodinamiche in modu ciclicu, affinchì a macchina possa operà in continuu.

Esercitu 2.

U mutore di un veìculu di carica produce calore in combustione brucia a benzina. Per ogni ciclu di u mutore, u calore di 5 kJ hè cunvertitu in 1kJ di travagliu meccanicu. Chì hè l'efficienza di u mutore? Quantu calore hè liberatu per ogni ciclu di u mutore? Vede a figura 13

Solución:

Per determinà u calore liberatu, si suppone chì in macchine termiche u travagliu nettu sia uguale à u trasferimentu di calore netu à u sistema. Vede a figura 14.

Entropia:

L'entropia hè u gradu di randomness o disordine in un sistema. L'entropia permette di quantificà a parte di l'energia chì ùn pò micca esse usata per pruduce u travagliu, vale à dì, permette di quantificà l'irriversibilità di un prucessu termodinamicu.

Ogni trasferimentu d'energia chì accade aumenta l'entropia di l'universu è riduce a quantità di energia aduprabile dispunibule per fà u travagliu. Ogni prucessu termodinamicu procederà in una direzzione chì aumenta l'entropia totale di l'universu. Vede a figura 15.

3a Legge di a Termodinamica

Terza Legge di Termodinamica o Postulatu Nerst

A terza lege di a termodinamica hè in leia cù a temperatura è u raffreddamentu. Indica chì l'entropia di un sistema à zero assolutu hè una costante definita. Vede a figura 16.

Cero assolutu hè a temperatura più bassa sottu à a quale ùn ci hè più una misura più bassa, hè u più fretu chì un corpu pò esse. Cero assolutu hè 0 K, equivalente à -273,15 ºC.

cunchiusioni

Ci sò quattru principii termodinamichi. In u principiu zero hè stabilitu chì l'equilibriu termicu si faci quandu dui o più corpi sò à listessa temperatura.

A prima lege di a termodinamica tratta di a cunservazione di l'energia trà i prucessi, mentre a seconda lege di a termodinamica tratta di a direzionalità da a minima à a più alta entropia, è di l'efficienza o di e prestazioni di i mutori termichi chì convertenu u calore in travagliu.

A terza lege di a termodinamica hè in leia cù a temperatura è u raffreddamentu, afferma chì l'entropia di un sistema à u zero assolutu hè una costante definita.