Lavoro adiabatico e calore , esperimenti  di Joule
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Lavoro adiabatico e calore , esperimenti di Joule. si puo’ innalzare la temperatura dell’acqua in un calorimetro anche effettuando. lavoro senza scambiare calore ( lavoro adiabatico ). i risultati sperimentali indicano. che, a parita’ di massa d’acqua,.

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Lavoro adiabatico e calore , esperimenti di Joule

si puo’ innalzare la temperatura dell’acqua in un calorimetro anche effettuando

lavoro senza scambiare calore ( lavoro adiabatico )

i risultati sperimentali indicano

che, a parita’ di massa d’acqua,

illavoroeffettuatoadiabaticamentenon dipende

da come viene fornito il lavoro,

ma risulta proporzionale sempre e soltanto

alla variazione di temperatura dell’acqua

 illavoroadiabaticodipendesoltantodaivaloricheuna

funzione della temperatura assume in corrispondenza

delle temperature iniziale e finale

analogia con l’ energia potenziale in meccanica

la funzione U e’detta “ energiainterna”


l’ “ energiainterna”dipende

  • dall’ agitazione molecolare  energia cinetica disordinata (random ) degli

  • atomi o molecole componenti il corpo

  • dalla natura dei legami chimici  energia potenziale di atomi o molecole,

  • dall’energia legata alle vibrazioni e rotazioni degli atomi o molecole

se il sistema fornisce lavoro all’ambiente si assume che il lavori sia positivo

ossia

quindi il sistema fornisce lavoro all’esterno a spese della sua energia interna

ma lo stesso innalzamento di temperatura dell’acqua nel calorimetro si puo’

ottenere fornendo soltanto calore

di qui ilconcettodiequivalenzatracalore e

lavoroadiabatico


Calore e lavoro termodinamico

durante una generica trasformazione un sistema puo’ allo stesso tempo scambiare

sia calore Q sia lavoro L,

ma attenzione non si tratta piu’ di lavoro adiabatico Lad

e per distinguerli ad L sida’ ilnomedilavorotermodinamico

mentre il lavoro adiabatico Lad non dipende dal tipo di trasformazione risulta

sperimentalmentecheillavorotermodinamico L dipendedaltipoditrasformazione

dato che in una generica trasformazione il sistema può scambiare anche calore

oltre a lavoro possiamo ipotizzare

  • che il calore, come il lavoro meccanico, consista in uno scambio di

  • energia tra sistemaed ambiente

  • che valga il principio di conservazione della energia

  • attraverso lavoro e calore viene scambiata energia tra sistema e ambiente

ed il calore viene definito come un

  • trasferimento di energia

non meccanico

  • tra sistema ed ambiente

  • dovuto ad una differenza di temperatura


nel caso adiabatico

Lad+DU =0

Lad=-DU

=

-

DU

Q

L

L -DU

nel caso generale

L + DU0

L+DU=Q

DU=Q-L

posto

Primo principio della termodinamica

un sistema puo’ scambiare calore Q e lavoro L in molti modi diversi per arrivare

allo stesso stato finale ma,

mentre Q ed L singolarmente dipendono dalla

specifica trasformazione che il sistema ha effettuato,

la quantita’ Q-L , ossia

l’energia interna, non dipende dalla trasformazione

in altri termini l’ energiainterna

e’ unafunzionedistato

le variazioni di energia interna forniscono

gli scambi energetici durante una qualsiasi trasformazione termodinamica


=

d

-

Q

L

dU

d

se le variabili di stato subiscono modifiche infinitesime

quindisiaillavoro come ilcaloreinfinitesimiscambiatinon sonodifferenzialiesatti

ma attenzione:

anche le variazioni di lavoro dipendono dalla trasformazione

viceversa la variazioneinfinitesimadienergiainternadU non dipendedallatrasformazione,

ossia la variazione di energia interna e’ sempre un

differenziale esatto

attenzione:

un sistemanonpossiedelavoro !

un sistemanonpossiedecalore !

e scambialavoro e/o calore con

un sistemapossiedeenergiainterna

l’ambiente circostante per modificare la sua energia interna

Misura del calore

ripartendo con acqua a temperatura tH2O ed eseguendo esperimenti alla mulinello di Joule,

si misura quanto lavoro adiabatico occorra per innalzare la temperatura dell’acqua fino alla temperatura di equilibrio teq

e per il primo principio della

termodinamica il lavoro adiabatico speso sara’ uguale, in valore assoluto, al calore scambiato


il calore Q scambiato per variare la temperatura del sistema, senza effettuare lavoro

equivale al lavoro Lad che occorre fare sul sistema, senza scambiare calore,

per ottenere la stessa variazione di temperatura di qui il concetto di equivalenza

di calore e lavoro adiabatico

 valutando il lavoro adiabatico si puo’ misurare il calore scambiato

gli strumenti di misura del calore sono detti “calorimetri”

Unita’ di misura del calore

l’unita’ di misura del calore nel S.I. e’ il Joule,

ma la Caloria e’ tuttora in uso

una caloria e’ la quantita di calore che occorre fornire ad una massa di un Kg di

acqua distillata per innalzare di un grado centigrado la sua temperatura

a partire da 14.5 0C

la “piccola caloria” e’ definita in relazione ad un grammo di acqua 1 Cal = 1000 cal

Joule ha determinato sperimentalmente l’ equivalenza tra calore e lavoro

una Caloria = 4186.8 Joule


ma tra 0 e 100 gradi centigradi cambia di pochissimo

il calore specifico dell’acqua varia con la temperatura,

 si assume costante tra [ 0, 100 ] 0C

Calore specifico dell’acqua (Cal/Kg K) = 1.0

= 4186,8 (Joule/KgK)

Calore specifico dell’alluminio (Cal/Kg K) = 0.25

se un sistema termodinamico esegue una trasformazione ciclicaDU = 0 e, per il primo principio, si ha Q = L

  • un sistema che assorba calore dall’ esterno e lo trasformi in lavoro e’ detta

  • “macchina termica”

  • un sistema che riceva lavoro dall’ambiente esterno e diminuisca la sua

  • temperatura, fornendo calore all’ esterno, e’ detto “macchina frigorifera”

Nota:

dal punto di vista del primo principio della termodinamica calore e lavoro sono equivalenti

quindi: se si puo’ trasformare tutto il lavoro in calore per simmetria

si dovrebbe poter trasformare tutto il calore in lavoro

il secondo principio della

termodinamica precisera’ questa situazione


Trasformazioni adiabatiche ma tra 0 e 100 gradi centigradi cambia di pochissimo

si definisce adiabatica una trasformazione termodinamica durante la quale non avvengano scambi di calore, ossia Q = 0

in una trasformazione adiabatica sono possibili solo scambi di lavoro per cui

L=-DU

dL=- dU

e, nel caso di trasformazioni adiabatiche infinitesime


Backup Slides ma tra 0 e 100 gradi centigradi cambia di pochissimo


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