I principi della Termodinamica

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I principi della Termodinamica
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Il mulinello di Joule

• Sappiamo che possiamo riscaldare un corpo (ad es.
  una massa di acqua) avvicinandolo ad una sorgente
  di calore, ma anche mediante lavoro meccanico.
• Noi tutti sappiamo che sfregando le mani queste
  si riscaldano, percuotendo un oggetto con un
  martello questo si scalda.

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Il mulinello di Joule

• Il fisico Joule verso la metà del 1800 fece un
  celebre esperimento.
• Con il marchingegno in figura riscaldò lacqua .
• Lenergia potenziale dei pesi attratti dalla
  forza di gravità si trasforma in energia cinetica
  e questa si trasferisce alle pale che riscaldano
  lacqua nel calorimetro.
• Ripetendo più volte lesperimento Joule riuscì a
  determinare lequivalente meccanico della
  caloria.
• Un lavoro di 4,186 J corrisponde ad 1 caloria.

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Sistemi termodinamici

• La Termodinamica è quella parte della Fisica che
  studia la trasformazione del lavoro meccanico in
  calore e (viceversa) del calore in lavoro
  meccanico.
• I suoi principi sono alla base delle macchine
  termiche cioè di quelle macchine che sfruttano
  il calore per produrre movimento, come ad es. il
  motore a vapore, il motore a scoppio, il motore
  Diesel.
• Si definisce sistema Termodinamico un qualsiasi
  sistema che può scambiare con lambiente calore e
  lavoro.
• Il nostro corpo ad es. è un sistema termodinamico
  che irraggia calore nellambiente e può compiere
  lavoro meccanico ad es. sollevando pesi.

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Sistemi termodinamici

• Per studiare i Principi della Termodinamica noi
  utilizzeremo un sistema termodinamico ideale,
  costituito da un cilindro con un pistone
  scorrevole, allinterno del quale è contenuto un
  gas perfetto. Faremo tre ipotesi
• 1) il pistone è a perfetta tenuta
• 2) non cè attrito tra il pistone ed il cilindro
• 3) mentre le pareti del cilindro sono
  perfettamente isolate termicamente, la base è un
  ottimo conduttore di calore

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Trasformazioni termodinamiche

• Trasformazione adiabatica è una trasformazione
  che avviene senza scambio di calore.
• Ciò significa che tutto il cilindro, sia le
  pareti che la base, è perfettamente isolato
  termicamente.
• Trasformazione isoterma è una trasformazione che
  avviene a temperatura costante, obbedisce cioè
  alla legge di Boyle.
• Nel piano di Clapeyron (piano cartesiano avente
  in ascisse il Volume e in ordinate la pressione)
  si ottiene un ramo di iperbole.

Non si può comprimere il gas fino a portare il
suo volume a zero. Per quanto piccole le molecole
del gas occuperanno un volume. Geometricamente
liperbole è asintotica allasse orizzontale.
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Trasformazioni termodinamiche

• Trasformazione isobara è una trasformazione che
  avviene a pressione costante.
• Ciò significa che sul pistone non vengono
  aggiunti o tolti pesi.
• Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento
  orizzontale.

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Trasformazioni termodinamiche

• Trasformazione isocora è una trasformazione che
  avviene a volume costante.
• Ciò significa che il pistone è inchiodato, non
  può muoversi.
• Nel piano di Clapeyron si ottiene un segmento
  verticale.

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Trasformazioni cicliche

• Le trasformazioni cicliche sono trasformazioni
  che riportano il gas nelle stesse condizioni di
  temperatura, pressione, volume.
• Si parte da un punto A e dopo una serie di
  trasformazioni si ritorna in A.