Liceo Scientifico “Gaspare Aselli”
A.S. 2006/2007
Classe IV E
Gruppo 1:
Cortellini Livio, Denti Marco, Forcella Barbara, Mondini Mikela
IL 1° PRINCIPIO DELLA
TERMODINAMICA E SUE
APPLICAZIONI
Il Primo principio della termodinamica
• Enunciato e sua spiegazione
• Esperimento di Joule
Applicazioni: le trasformazioni termodinamiche
• Trasformazione isocora
• Trasformazione isobara
• Trasformazione isoterma
• Trasformazione adiabatica
Bibliografia e sitografia
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA
TERMODINAMICA
L’energia acquistata dal
sistema (ovvero
quella interna
acquistata dal gas e
quella gravitazionale
acquistata dal corpo e
dallo stantuffo)
coincide con quella
fornita al gas
∆Et=∆U+∆Eg
dove:
• ∆Et è l’energia termica fornita al gas
• ∆U è l’energia interna acquistata dal gas
• ∆Eg è l’energia gravitazionale acquistata
dal corpo e dallo stantuffo
In breve:
al sistema viene fornita una quantità di calore Q e
viene emesso un determinato lavoro L.
∆U
Q=L+(U2-U1)=L+∆U
Q ed L sono quantità positive se
rappresentano rispettivamente il calore
fornito al sistema e il lavoro prodotto.
Se invece al sistema viene fornito lavoro
e sviluppa calore, l’equazione non
cambia, ma Q ed L assumono valore
negativo.
Q=L+∆U
traduce il primo principio della
termodinamica.
Esperimento di Joule
• permette di stabilire l'equivalenza fra lavoro e calore in
termini fisici;
• permette di stabilire l'equivalenza fra lavoro e calore in
termini di unità di misura.
MA SOPRATTUTTO…
• consente di mostrare che calore e lavoro hanno
un’unica anima: il movimento.
Dispositivo sperimentale
• Viene fatta cadere la
massa mettendo così
in moto il sistema di
pale;
• L’acqua si riscalda
• Si potrebbe ottenere
lo
stesso
effetto
prodotto dal lavoro
fornendo calore
TRASFORMAZIONE ISOCORA
il volume del gas non varia
•Il gas non può espandersi,
allora non può compiere
alcun lavoro L contro
l'esterno;
•Il calore Q fornito viene
utilizzato per aumentare
l'energia interna ∆U e per
aumentare di ∆T la
temperatura del gas.
Q=L+∆U=0+∆U=∆U
Q=Cm∆T
Q=∆U=CVm∆T
dove CV indica il calore specifico associato ad un riscaldamento che
avviene a volume costante.
Se non utilizziamo il calore specifico riferito all’unità di massa del
gas, ma quello riferito all’unità di mole del gas (calore specifico
molare a volume costante) la formula diventa:
∆U=CmVn∆T
Con CmV che indica il calore specifico molare a volume costante e
n il numero di moli del gas.
Nel piano PV l’isocora è rappresentata da
una retta verticale.
TRASFORMAZIONE ISOBARA
La pressione del gas non varia
•Inizialmente la pressione
P è identica a quella
dell'ambiente esterno
•Il sistema riceve calore in
modo che la sua
pressione rimanga
invariata.
Q= CmPn∆T
La formula del calore fornito è
Poiché il rifornimento di calore tende ad aumentare la temperatura del gas
la trasformazione sarà accompagnata da una variazione di volume ∆V.
Quindi il lavoro prodotto è
L=PΔV
L=PΔV=nR∆T
L’aumento dell’energia interna è
∆U=CmVn∆T
CmPn∆T= nR∆T+ CmVn∆T
Dalla quale si ha la relazione di Mayer
CmP=R+CmV
Nel piano PV l’isobara è rappresentata da
una retta orizzontale.
TRASFORMAZIONE ISOTERMA
La temperatura del gas non varia
• Poiché la temperatura
resta costante (∆T=0),
dall’associazione energia
interna-temperatura, si ha
∆U=0
• Si avrà una espansione
del volume del gas con
diminuzione della
pressione.
Il lavoro si calcolerà
L = n R T ln (V2 / V1)
nella quale
n= numero di moli di cui è costituito il gas;
T= temperatura assoluta in corrispondenza della quale avviene l’isoterma;
V1= volume iniziale del gas;
V2= volume finale del gas.
Poiché
∆U=0, Q=L
Q= n R T ln (V2 / V1)
Nel piano PV l’isoterma è rappresentata da
un’iperbole equilatera.
TRASFORMAZIONE ADIABATICA
non avvengono scambi di calore
con l'ambiente esterno
• Togliendo uno dopo
l’altro i pesi il gas si
espande;
• Il volume del gas
aumenta e la sua
pressione diminuisce
PVγ = costante
in cui:
C mP

C mV
γ risulta sempre >1 in base alla relazione di Mayer
dove CmP > CmV
Per calcolare il lavoro dovuto ad un aumento di volume, essendo Q=0, si ha:
L = -∆U
∆U=CmVn∆T
L = - CmVn∆T
Nel piano PV l’adiabatica è rappresentata da
una curva simile all’isoterma,
ma più verticale .
BIBLIOGRAFIA
• U. Amaldi, “L’Amaldi -introduzione alla fisica-”, Zanichelli, Bologna,
2004
• Alpha Test “ Teoritest 6 -TestUniversitari, teoria ed esercizi per le
prove d’ammissione-”, Alpha Test, Milano, 2005
• M.E. Bergamaschini, P. Marazzini, L. Magazzini, “L’indagine nel
mondo fisico”, Carlo Signorelli Editore, Milano, 2006
SITOGRAFIA
• http://www.uniss.it/istituti/matfis/bottigli/public_html/LEZIONI%20SV
OLTE/08_20-03-06_Biol.pdf
• http://web.tiscali.it/vanni_38/gener20.htm
• http://www.mondovi.polito.it/docenti/tresso/lesson9.ppt
• http://www.ips.it/scuola/concorso_99/termodinamica/Testi/applicazio
ni_del_primo_principio.htm
Il gruppo 1
è stato lieto di offrirVi:
Il primo principio della
Testi e layout: Forcella Barbara & Mondini Mikela
termodinamica e sue
Animazioni ed effetti speciali: Cortellini Livio & Denti
applicazioni
Marco
FINE