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SISS. TERMODINAMICA Antonio Ballarin Denti. [email protected] Spettro solare ed intensità energetica Sole  Terra. Flussi di energia solare. Only a small amount of the total solar energy reaching the earth is fixed by photosynthesis.

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Presentation Transcript


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SISS

TERMODINAMICA

Antonio Ballarin Denti

[email protected]


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Spettro solare ed intensità energetica Sole  Terra


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Flussi di energia solare

Only a small amount of the total solar energy

reaching the earth is fixed by photosynthesis.

The thickness of the arrows represents the amount of energy

absorbed, reflected, or stored per unit time in units of watts W.

The U.S. consumption per unit time is approximately 3×1012 W


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Sistemi aperti,chiusi ed isolati (sistema e ambiente)


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CALORE: non ha le stesse proprietà di un fluido

A hot block of the same material and

the same size

weigh the same!

Heat is transmitted

through vacuum;

an indefinite amount

of heat can be

extracted from a

solid by friction.

These observations

were originally made

by Benjamin Thompson

(Count Rumford)


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Esperienza di James Prescott Joule: lavoro e calore

a)

b)

By transformating various forms of energy into heat inside a

calorimeter (an adiabatic container), Joule showed that:

the same amount of heat appeared in the system when

the same amount of any form of energy was dissipated.

Thus, if the mechanical and electrical work done in a) and b) is the

same, the temperature changes in both calorimeters will be equal.


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Il contributo di Joule alla termodinamica fu la scoperta

del principio di conservazione dell’energia, ovvero del:

primo principio della termodinamica

∆E = Q-W

Trasformazioniisoterme

Trasformazioni adiabatiche

Trasformazioni isocore

Trasformazioni isobare


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LAVORO


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CAPACITÀ TERMICA

A

Se V = cost dE = dQ

Nei gas perfetti : E = E(T) e


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B

Se P = cost  dQ = dE + PdV

Nei gas perfetti : E = E(T)

Per n = 1:


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LA DIREZIONE DEI PROCESSI NATURALI

Entropia

Although entropy can be calculated only for a reversible process between two equilibrium paths, all other proceses (including irreversible) that go between the same initial and final states will have the same change in entropy.


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The total entropy of

the system plus the

environment does

not change during a

reversible heat transfer

at constant T

Per un processo irreversibile :

produzione

interna di

entropia


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Entropy and energy behave differently when crossing the boundary

of a system. Although the same energy appears inside the system

and crosses the boundary, an excess entropy is “generated” inside

the system in irreversible processes; we denote this additional amount

of entropy by ∆Si

Durante un processo irreversibile:


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ENTROPIA E CALORE

Indichiamo con 1 un processo reversibile e

con 2 un processo irreversibile

Ma: S1 = S2

Se T1 = T2 


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ENTROPIA E LAVORO

CASO 1: processi reversibili

CASO 2: processi irreversibili


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Essendo E funzione di stato :


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Combinando prima e seconda legge:

Vediamo due processi irreversibili


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  • Trasferimento di calore Q da un corpo a

  • temperatura T1 (1) ad un corpo a temperatura T2 (2)

Per i processi spontanei : T1  T2


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2) Espansione isoterma di un gas perfetto nel vuoto

Essendo : T = cost E = E(T) E = 0

Per un processo spontaneo : V2  V1


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ENERGIA LIBERA E POTENZIALI

Introduciamo alcune grandezze fondamentali:

1. La funzione di stato G ( energia libera di Gibbs )

iS = produzione interna di entropia

W’= lavoro utile (al netto del lavoro P – V )


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2. Lavoro utile e G

lavoro utile

lavoro dovuto

a trasporto di

carica elettrica

lavoro dovuto

a trasporto

di massa


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3. Espressione completa di G

Per T e P costanti :


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4. Il potenziale chimico

ni = moli della specie chimica i - esima


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The change in free

energy when matter

moves across a

boundary can be

calculated as the

sum of the individual

changes in each

compartment;

I

II

∆n

I

∆n

II

∆n

∆Gtotal = ∆G1 + ∆G2


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1= 2

All’equilibrio : ∆G = 0


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1> 2

(∆G = 0)

Nei processi spontanei :

il processo non può avvenire nel senso (  )

1< 2

Se

Detta C la concentrazione si trova sperimentalmente :

Differenziando e integrando :

Tenendo conto del potenziale standard


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1= 2

°

°

5. forma completa del potenziale chimico

Date due regioni con materia a concentrazioni C1 e C2 :

Se T1 = T2 e P1 = P2 e dato che


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V = volume molare parziale

S = entropia molare parziale

Se T1  T2 e P1  P2 :

P = differenza di pressione tra il sistema 1 e 2

T = differenza di temperatura tra 1 e 2


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6. Il potenziale elettrochimico

The work done when a charge q is transported from a

region held at potential 1to a region held at potential

2can be broken up into two terms.


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Se le masse sono anche cariche

N0 = numero di Avogadro

n = numero di moli

z = carica ione

e = carica elettrone

F = e  N0 = costante di Faraday


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Per una mole ( n = 1 ) :

1. Sia T = 0 ,  = 0 :

2. Sia P = 0 ,  = 0 :

3. P = 0 , T = 0 :


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