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Liceo Scientifico “ M. Curie “

Equilibrio TermodinamicoLo stato di un sistema macroscopico in equilibrio Termodinamico è determinato dal valore costante che assumono le grandezze: temperatura, pressione, volume, che devono essere costanti in tutti i punti del sistema che sto indagando.P,V,T, si dicono variabili termodinamiche o variabili di stato.

Quando un sistema macroscopico passa da uno stato di equilibrio a un altro si dice che ha luogo una trasformazione termodinamica. Il compito della termodinamica è studiare le trasformazioni che mi fanno passare da uno stato all’altro.

P1 – V1 – T1 P2 – V2 – T2

Sistema termodinamicoSistema termodinamico

E’ un sistema che viene studiato negli scambi di calore e lavoro.

ES. un cilindro dotato di pistone a tenuta che può scorrere liberamente oppure bloccato nella sua posizione

All’interno del cilindro vi è un gas

Le pareti sono isolanti termici perfetti

Il fondo è un conduttore o isolante perfetto di calore per assorbire o cedere energia termica

Il cilindro è dotato di strumenti di misura per monitorare pressione temperatura.

Se forniamo calore al sistema il gas si espande.

EQUILIBRIO TERMODINAMICO EQUILIBRIO TERMODINAMICO

Uno stato di equilibrio è caratterizzato da: pressione P, volume V, temperatura T

Equilibrio meccanico

La risultante di tutte le forze agenti sul sistema deve essere uguale a zero

La risultante di tutte le forze agenti sul sistema deve essere uguale a zero

Equilibrio termico La temperatura deve essere uguale in tutto il fluidoLa temperatura deve essere uguale in tutto il fluido

Equilibrio chimico La struttura interna e la composizione chimica deve essere la stessa

La struttura interna e la composizione chimica deve essere la stessa

Principio zero della termodinamica Principio zero della termodinamica

Corpi A, B, C

A è in equilibrio termico con CB è in equilibrio termico con C

A è in equilibrio termico con C

Assioma provato nelle numerosissime esperienze

Il termometro misura la temperatura basandosi proprio su questo principio.( Es il termometro è in equilibrio termico col corpo).

Trasformazioni termodinamiche

Gas perfetto

Trasformazioni

Isobare Pressione costante

Isocòre Volume costante

Volume VV1 V2

p1

A

B

p1

V1

A

Cp2

Isoterme Temperatura

costante

p1

p2

V1 V2

A

B

adiabaticheTrasformazioni

Trasformazione in cui non vi è scambio di calore tra il sistema fisico e l’ambiente esterno

cicliche Lo stato iniziale coincide con lo stato finale.

Reali Considero il pistone – cilindro, e il gas che si trova in equilibrio termodinamico in A ,

Se di colpo avviene un’espansione che porta il pistone in B, P e V non sono più uniformi ma variano da punto a punto ( vortici ). Trasformazione reale

B

A

Le Leggi fisiche che descrivono il comportamento di un gas ideale sono leggi

empiriche e vanno sotto il nome di:

Legge di Boyle

Legge di Charles

Legge di Gay – Lussac

2. La pressione del gas

I gas non hanno forma propria, ma occupano quella del recipiente che li contiene: le particelle, quando sono lontane le une dalle altre, non risentono delle forze attrattive.

2. La pressione del gas

In generale, la pressione p è data dal rapporto tra la forza F, che agisce perpendicolarmente a una superficie, e l’area s della superficie stessa.

2. La pressione del gas

2. La pressione del gas

•La pressione è una grandezza intensiva.

•L'unità di misura della pressione nel

Sistema Internazionale è il pascal (Pa), pari

a un newton (N) per metro quadrato (m2).

• 1 Pa = 1N / m2

2. La pressione del gas

•Nel 1644 Torricelli costruì un dispositivo

per misurare la pressione atmosferica: il

primo barometro a mercurio. Prese un

lungo tubo di vetro, chiuso ad una estremità,

lo riempì di mercurio e lo capovolse.

•A livello del mare, il livello del mercurio nel

tubo si abbassava ad un’altezza di 760 mm.

3. La legge di Boyle

•Sperimentalmente, Boyle ha dimostrato che,

a temperatura costante, la pressione di una

data quantità di gas è inversamente

proporzionale al suo volume.

• p V = k

•con T costante.

•Questa è la legge di Boyle.

3. La legge di Boyle

4. La legge di Charles

•Charles dimostrò sperimentalmente che, a

pressione costante, il volume di una data quantità

di gas è direttamente proporzionale alla sua

temperatura assoluta.

• V/T = k

•con T temperatura assoluta e p costante

•Questa è la legge di Charles.

4. La legge di Charles

4. La legge di Charles

•–273,15 °C è lo zero assoluto (0 K), ovvero

la temperatura alla quale il volume dei gas si

annulla.

5. La legge di Gay-Lussac

•Sperimentalmente Gay-Lussac ha dimostrato che,

a volume costante, la pressione di una data

quantità di gas è direttamente proporzionale alla

sua temperatura assoluta.

• p/T = k

•con V costante.

•Questa è la legge di Gay-Lussac.

5. La legge di Gay-Lussac