Chimica fisica
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Universita’ degli Studi dell’Insubria . Chimica Fisica. Entropia. [email protected] http://scienze-como.uninsubria.it/ bressanini. Seconda Legge della Termodinamica. L’entropia di un sistema isolato durante un processo spontaneo aumenta. Entropia: Riassunto.

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Chimica Fisica

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Presentation Transcript


Chimica fisica

Universita’ degli Studi dell’Insubria

Chimica Fisica

Entropia

[email protected]://scienze-como.uninsubria.it/bressanini


Seconda legge della termodinamica

Seconda Legge della Termodinamica

L’entropia di un sistema isolato durante un processo spontaneo aumenta

© Dario Bressanini


Entropia riassunto

Entropia: Riassunto

  • S e’ una funzione di stato!

  • DStot = DSsis + DSamb

  • SeDStote’ positivo il processo e’ spontaneo

  • Se DStote’ negativo, il processo e’ spontaneo nella direzione opposta.

In un processo spontaneo, l’Entropia dell’universo aumenta sempre

© Dario Bressanini


Entropia per processi spontanei

Entropia per processi spontanei

  • Per processi spontaneiDStot = DSsis + DSamb > 0

© Dario Bressanini


Processi spontanei

Processi Spontanei

  • Un processo è spontaneo se l’entropia dell’Universo aumenta.

  • DStot = DSsis + DSamb 0

  • É scomodo dover esplicitamente tener conto di quello che succede nell’Universo. Preferiremmo concentrarci solo sul sistema.

  • Se lavoriamo a pressione costante è facile tener conto dei contributi entropici dell’ambiente.

© Dario Bressanini


Energia di gibbs

Energia di Gibbs

  • Introduciamo la funzione

G = H – T S

  • G = energia di Gibbs (un tempo ‘energia libera’)

La variazione finita di G è G = H- (TS)

A Temperatura e pressione costante

G = H- TS

© Dario Bressanini


Energia di gibbs e spontaneit

Energia di Gibbs e Spontaneità

  • G < 0 - processo spontaneo

  • G > 0 - processo non spontaneo (spontaneo nella direzione opposta)

  • G = 0 - sistema in equilibrio

© Dario Bressanini


Energia di gibbs e universo

DSuniverso> 0

DG < 0

Energia di Gibbs e Universo

Se p e T sono costanti

© Dario Bressanini


Contributi al d g

Contributi al DG

  • G = H - TS

  • Distinguiamo i due contributi alla variazione di energia di Gibbs

    • Entropico (S)

    • Entalpico (H)

H S G .

-+- Processo spontaneo per ogni T

--? Processo spontaneo a basse T

+ +? Processo spontaneo ad alte T

+-+ Processo mai spontaneo per qualsiasi T

© Dario Bressanini


Macchine termiche e ciclo di carnot

Macchine Termiche e Ciclo di Carnot


Macchine termiche

Macchine Termiche

  • Una macchina termica opera tra duetemperature diverse e trasforma parte del calore in lavoro

  • Il fluido interno compie un ciclo

Fluido

Serbatoio Freddo

Serbatoio Caldo

Isolante

© Dario Bressanini


Motore

Motore

© Dario Bressanini


Ciclo di carnot

1

TH= costante

qH

2

p

qL

4

3

TL= costante

V

Ciclo di Carnot

1-2 : Isoterma

2-3 : Adiabatica

3-4 : Isoterma

4-1 : Adiabatica

Lavoro Estratto

© Dario Bressanini


Chimica fisica

Ciclo di Carnot

© Dario Bressanini


Ciclo di carnot1

Ciclo di Carnot

  • Efficienza:Lavoro Compiuto / Calore Assorbito = 1-TC/TH

  • Nessun ciclo puo’ essere piu’ efficiente di un ciclo di Carnot senza violare la Seconda Legge

  • Si puo’ tendere a Efficienza  1 se TC 0

  • Percorrendo un ciclo in senso antiorario otteniamo un frigorifero.

© Dario Bressanini


Il ciclo di otto

Il Ciclo di Otto

  • Quattro Tempi

  • 12: adiabatica lenta

  • 23: isocora veloce

  • 34: adiabatica lenta

  • 41: isocora veloce

© Dario Bressanini


Motore a ciclo di otto

Motore a ciclo di Otto

Passo 1: Entra la miscela aria benzina dal carburatore

© Dario Bressanini


Chimica fisica

Motore a ciclo di Otto

Passo 2: Compressione della miscela

© Dario Bressanini


Chimica fisica

Motore a ciclo di Otto

Passo 3: Accensione ed espansione della miscela

© Dario Bressanini


Chimica fisica

Motore a ciclo di Otto

Passo 4: Scarico dei Gas

© Dario Bressanini


Ciclo di stirling

Ciclo di Stirling

© Dario Bressanini


Lavoro ed energia di gibbs

Lavoro ed Energia di Gibbs

  • L’Energia di Gibbs rappresenta il massimo lavoro non di espansione ottenbile da un processo

© Dario Bressanini


Lavoro ed energia di gibbs1

Lavoro ed Energia di Gibbs

© Dario Bressanini


Variazione di energia di gibbs

Variazione di Energia di Gibbs

G =  H - T  S oppure

H =  G + T  S

Lavoroutilizzabile

EnergiaDispersa

EnergiaDisponibile

Calore disperso nell’ambiente, che aumenta l’entropia dell’univrso

Benzina

Energia Interna

Legami Chimici

Ruote che girano, batteria che si carica, luci…

© Dario Bressanini


Efficienza

Efficienza

  • L’efficienza e’ il rapporto tra il lavoro estratto e l’energia fornita.

Apparecchio efficienza

Batterie a secco90%

Caldaia domestica65%

Razzo a combustibile liquido50%

Motore di automobile< 30%

Lampada a fluorescenza20%

Cella solare~10 %

Lampada ad incandescenza 5 %

© Dario Bressanini


D g indicatore di efficienza

DG indicatore di efficienza

  • Per un processo non spontaneo, DG fornisce informazioni sulla minima quantita’ di lavoro necessaria per far avvenire il processo

Non e’ raggiungibile il 100% di efficienza

© Dario Bressanini


Crisi energetica

Crisi Energetica?

  • Se l’energia totale si conserva, perche’ abbiamo un “problema energetico” ?

  • Tutta (o quasi) l’energia che usiamo arriva da un’unica fonte: il Sole

    • Idrodinamica

    • Eolica

    • Combustibili fossili

  • Il problema e’ la degradazione delle forme di energia.A mano a mano che trasformiamo l’energia, diminuiamo la parte utile. Stiamo rapidamente consumando l’energia immagazzinata nei combustibili fossili.

© Dario Bressanini


Iii legge della termodinamica

III Legge della Termodinamica


S t 0

S(T=0)

  • Per T = 0, tutto il moto termico si è smorzato, e in cristallo perfetto gli atomi o gli ioni formano un reticolo regolare ed uniforme.

  • Vi è un solo modo per ottenere questo arrangiamento

  • S = k log(W) = k log(1) = 0

© Dario Bressanini


Iii legge della termodinamica1

III Legge della Termodinamica

  • A differenza delle Entalpie, le entropie hanno una scala assoluta, grazie alla Terza Legge.

l’Entropia di un cristallo perfetto a 0 K è 0

© Dario Bressanini


Chimica fisica

Pollock

Severini

Mondrian

S = S

max

Robert

S > 0

Entropia Crescente

S > 0

S = 0

Terza Legge della Termodinamica

Se T = 0 con ordine massimo, S = 0


Tra il serio e il faceto

Tra il Serio e il Faceto...

  • Prima Legge: Non puoi vincere!

    • Non puoi ricavare da un sistema piu’ energia di quella che ci metti dentro

  • Seconda Legge: Non puoi neanche pareggiare!

    • Non puoi tirare fuori neanche tutta l’energia che ci metti dentro

© Dario Bressanini


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