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Fisica: Primo principio della termodinamica - Sofia Chironi

Esposizione del primo principio della termodinamica e convenzione dei segni a partire dai concetti di sistema termodinamico,energia interna di un sistema, trasformazioni termodinamiche reali, quasistatiche e cicliche.

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1
I.I.S.S. “Salvatore Trinchese”-Martano
Primo Principio della Termodinamica
Sofia Chironi
III AS
2
I sistemi termodinamici
L’ energia interna di un sistema
L’energia cinetica di un sistema
Le trasformazioni reali
Le trasformazioni quasistatiche
Le trasformazioni quasistatiche particolari
Le trasormazioni cicliche
Il lavoro termodinamico a pressione costante
(espansione e compressione isobara)
Espansione reale
Primo principio della termodinamica
Convenzione dei segni
3
Cos’è la termodinamica
La TERMODINAMICA è un una branca della fisica
classica che studia le trasformazioni termodinamiche
indotte da variazioni di calore e lavoro in un sistema
termodinamico.
I sistemi termodinamici
4
Un SISTEMA TERMODINAMICO è un sistema fisico
utilizzato per studiare le proprietà macroscopiche di una
sostanza ( come temperatura, pressione e volume ).
5
I sistemi termodinamici si suddividono in 3 categorie
sulla base delle proprie interazioni energetiche e
caloriche con l’ambiente esterno al sistema stesso.
I sistemi termodinamici
6
L’ energia interna di un sistema
L’energia interna è l'energia posseduta da un sistema a
livello microscopico, cioè l'energia posseduta dalle entità
molecolari di cui è composto ed è identificabile nella somma
dell’ energia cinetica (data dal moto delle molecole e degli
elettroni del corpo) e l’energia potenziale (dovuta alla
posizione delle proprie particelle).

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Fisica: Primo principio della termodinamica - Sofia Chironi

  • 1. 1 I.I.S.S. “Salvatore Trinchese”-Martano Primo Principio della Termodinamica Sofia Chironi III AS
  • 2. 2 I sistemi termodinamici L’ energia interna di un sistema L’energia cinetica di un sistema Le trasformazioni reali Le trasformazioni quasistatiche Le trasformazioni quasistatiche particolari Le trasormazioni cicliche Il lavoro termodinamico a pressione costante (espansione e compressione isobara) Espansione reale Primo principio della termodinamica Convenzione dei segni
  • 3. 3 Cos’è la termodinamica La TERMODINAMICA è un una branca della fisica classica che studia le trasformazioni termodinamiche indotte da variazioni di calore e lavoro in un sistema termodinamico.
  • 4. I sistemi termodinamici 4 Un SISTEMA TERMODINAMICO è un sistema fisico utilizzato per studiare le proprietà macroscopiche di una sostanza ( come temperatura, pressione e volume ).
  • 5. 5 I sistemi termodinamici si suddividono in 3 categorie sulla base delle proprie interazioni energetiche e caloriche con l’ambiente esterno al sistema stesso. I sistemi termodinamici
  • 6. 6 L’ energia interna di un sistema L’energia interna è l'energia posseduta da un sistema a livello microscopico, cioè l'energia posseduta dalle entità molecolari di cui è composto ed è identificabile nella somma dell’ energia cinetica (data dal moto delle molecole e degli elettroni del corpo) e l’energia potenziale (dovuta alla posizione delle proprie particelle).
  • 7. 7 L’ energia interna di un sistema L’energia interna di un sistema è un esempio di una funzione di stato ovvero una grandezza fisica la cui variazione nel passare da uno stato A ad uno stato B attraverso una trasformazione termodinamica dipende esclusivamente dallo stato iniziale e finale e non dal percorso seguito. ΔU=Ub-Ua
  • 8. 8 L’ energia cinetica di un sistema Energia cinetica molecolare KB=1/2 mV Energia cinetica gas monoatomico KTOT=3/2 KBT Energia cinetica gas biatomico KTOT=5/2 KBT Energia cinetica gas poliatomico KTOT=3 KBT 2
  • 9. 9 Le trasformazioni reali Le trasformazioni reali sono i passaggi di un sistema da uno stato di equilibrio termodinamico A ad uno stato di equilibrio termodinamico B in un intervallo di tempo limitato. Negli stati intermedi il comportamento del sistema è molto complesso e i valori di pressione e temperatura durante la trasformazione sono racchiusi in un ‘’fuso’’.
  • 10. 10 Le trasformazioni quasistatiche Le trasformazioni quasistatiche sono trasformazioni termodinamiche di un sistema che avvengono molto lentamente sistema da uno stato di equilibrio termodinamico A ad uno stato di equilibrio termodinamico B attraversando una successione infinita di stati di equilibrio. La trasformazione rappresenta una linea continua sul diagramma pressione-volume.
  • 12. 12 Le trasformazioni cicliche Le trasformazioni cicliche sono trasformazioni termodinamiche in cui il gas in un sistema chiuso passa da uno stato di equilibrio termodinamico A ad uno stato B per poi ritornare allo stato iniziale A .
  • 13. 13 Le trasformazioni cicliche Wₑ>0 Wc<0 Wtot>0 Wtot=Wₑ+Wc espansione compressione
  • 14. 14 Lavoro termodinamico a pressione costante W=F · s F=p·S s=hB-hA W=p·S·Δh ΔV W=p · ΔV hB hA
  • 15. 15 Espansione ISOBARA W=p · ΔV ΔV>0 -> ΔW>0
  • 16. 16 Compressione ISOBARA W=p · ΔV ΔV<0 -> ΔW<0
  • 18. 18 Il primo principio della termodinamica Durante l’espansione il gas acquista energia sotto forma di calore dal fornello ma cede energia sotto forma di lavoro positivo sull’ambiente poiché solleva il pistone. ΔU=Ub-Ua Se poniamo un cilindro con pistone mobile contenente gas (sistema chiuso) su un fornello accesso per un intervallo di tempo Δt esso compierà un’ espansione passando da uno stato A ad uno stato B.
  • 19. 19 Il primo principio della termodinamica ΔU=Q-W L’energia si conserva quindi Assorbito Compiuto
  • 20. 20 Convenzione dei segni sul calore ASSORBITO CEDUTO
  • 21. 21 Convenzione dei segni sul lavoro COMPIUTO SUL SITEMA COMPIUTO DAL SITEMA
  • 22. 22 Energia interna nelle trasformazioni cicliche ΔU=0 Q=W
  • 23. 23