TERMODINAMICA
Un sistema termodinamico è un sistema di molte particelle
Dalla sensazione di caldo o di freddo si passa al concetto di stato
termico.
interazione termica
freddo
caldo
equilibrio termico
Principio zero della termodinamica
A
C
iso
lan
te
B
A
C
iso
lan
te
B
A
B
C
Due corpi in equilibrio termico con un terzo, sono in
equilibrio termico tra di loro.
Concetto di temperatura
Il principio zero permette di assegnare ad ogni stato termico un
numero, che è un indicatore dello stato termico.
Ad ogni stato termico associamo un numero che è indice
dello stato termico e che ne fornisce la temperatura.
T = aG
Determinazione della costante “a”
Scegliamo un riferimento: il punto triplo dell’acqua
Associamo ad esso un numero: T0 = 273.16
T0
273.16
a
T 
G in kelvin ( K)
T0  aG0
G0
G0
dove G0 è il valore assunto dalla grandezza fisica al punto triplo.
Termometro a gas
La diretta proporzionalità assunta in “T = aG” non è vera
per tutte le grandezze che variano con la temperatura.
Il miglior termometro possibile è il termometro a gas:
se il gas è rarefatto, a volume costante, pressione e
temperatura sono direttamente proporzionali.
p = pA + rgh
h
B
O
p
T  273.16
K
p0
Gli altri termometri sono
tarati, usando come riferimento le temperature di un
termometro a gas.
VARIABILI DI STATO
Per i sistemi a molte particelle ( in 2 g di idrogeno ci
sono 6 1023 molecole!) non è possibile dare posizione
e velocità di ogni particella.
Si descrive il sistema mediante pochi parametri
legati ai valori medi delle grandezze dinamiche:
Volume
Pressione
Temperatura
Pressione, volume e temperatura sono variabili di
stato o coordinate termodinamiche di un fluido
omogeneo.
gas perfetto
Uno stato di equilibrio termodinamico di un gas
omogeneo è descritto e identificato da tre variabili
termodinamiche:
P, V, T
queste variabili sono legate da una equazione di stato,
determinata empiricamente o mediante un modello.
Equazione di stato per il gas perfetto: pV = nRT
dove n è il numero di moli di gas, T la temperatura
assoluta.
Se T = cost, si ha una trasformazione isotermica, la cui
legge, pV = cost (legge di Boyle), in un diagramma pV è
rappresentata da un ramo di iperbole.
R = 8.31 J mole-1 K-1
R = 0.082 l atm mole-1K-1
Gas ideale o perfetto
Non ci sono forze attrattive tra le particelle del gas, che
sono puntiformi. Il gas perfetto soddisfa la legge di
Boyle, quindi in un diagramma pV le isoterme sono
rappresentate da rami di iperbole equilatera.
Un gas reale si comporta come un gas perfetto
quando è molto rarefatto (le forze attrattive sono
trascurabili), e quando la sua temperatura è
maggiore della temperatura critica (il gas non può
essere liquefatto).
Energia interna
Sistemi di
molte
particelle
gas reale:
Ei =ECi + Ui
gas perfetto: Ei =ECi
Trasformazione termodinamica
Passaggio da uno stato di equilibrio ad un altro, dovuto
ad interazione (scambio di energia) con l’ambiente
esterno.