Fisica: termodinamica e teoria cinetica dei gas

Simone Malacrida

• Editore: Simone Malacrida
• Anno: 2016
• ISBN:
  9781523647767
• Argomento: Scienze fisiche
• Categoria: Termodinamica

In questo libro sono presentati i seguenti argomenti di fisica di base:
principi e leggi della termodinamica
cicli termodinamici e sistemi a più fasi
rasmissione del calore
teoria cinetica dei gas

I

LA TERMODINAMICA

Evoluzione storica

Lo studio della termodinamica è uno di quei casi della fisica moderna che contraddicono il principio logico di causa-effetto tra teoria e pratica.

In effetti, prima si sono avuti i risvolti pratici, quali la macchina a vapore e l’applicazione di concetti termodinamici allora ignoti e solo successivamente si è data una completa spiegazione teorica.

Tra l’altro, la portata dei cambiamenti relativi all’applicazione della macchina a vapore è stata di dimensioni così notevoli in termini sociali ed economici da far coniare il termine di Rivoluzione Industriale al periodo comprendente i primi tre decenni dell’Ottocento.

Il primo scienziato che studiò in modo sistematico la termodinamica fu Carnot, al quale dobbiamo la dimostrazione nel 1824 del teorema di Carnot, del ciclo di Carnot e della macchina ideale di Carnot.

Lo stesso introdusse i concetti di rendimento termodinamico e di lavoro come scambio di calore.

Successivamente Joule dimostrò, nel 1850, l’uguaglianza tra le forme di energia provenienti dal calore e dal lavoro meccanico spianando la strada al primo principio della termodinamica.

In modo parallelo, Kelvin e Clausius iniziarono a sondare le differenze tra calore e lavoro, arrivando ad enunciare, in modo separato, il secondo principio della termodinamica proprio a cavallo della metà dell’Ottocento.

Dobbiamo a Kelvin i concetti di temperatura termodinamica e a Clausius la distinzione tra processi reversibili ed irreversibili, con l’introduzione della funzione di stato entropia.

Infine, nella seconda metà dell’Ottocento Maxwell astrasse delle relazioni generali per la termodinamica e Gibbs, nel 1876, introdusse la descrizione delle variabili di stato.

Definizioni

I concetti di base della termodinamica sono quelli di volume, pressione e temperatura derivati da altre discipline (come la meccanica e la teoria dei fluidi).

In termodinamica non si applica la scala centigrada che fa corrispondere a zero gradi il punto di congelamento dell’acqua a pressione atmosferica e a cento gradi il punto di ebollizione dell’acqua, sempre a pressione atmosferica.

Per la misura della temperatura, si usa la scala Kelvin e la temperatura così espressa è detta assoluta.

La scala Kelvin fa corrispondere a zero il valore della temperatura minima assoluta (che è pari a -273.15 °C).

Tale temperatura, detta zero assoluto, è la minima possibile e ben lo vedremo enunciando le leggi della termodinamica.

Ad essere precisi, il punto di riferimento della scala Kelvin non è lo zero assoluto, ma la temperatura del punto triplo dell’acqua a pressione atmosferica che è pari 273.16 K.

La termodinamica si basa sul formalismo matematico delle derivate parziali e ciò si vede fin da subito definendo i coefficienti termodinamici:

Coefficiente isocoro di pressione:

Compressibilità isotermica:

Coefficiente isobaro di volume:

Compressibilità adiabatica:

Per definizione, una trasformazione isocora mantiene costante il volume, una isoterma...

Indice dei contenuti

• Copertina
• Fisica: termodinamica e teoria cinetica dei gas
• Indice dei contenuti
• INDICE ANALITICO
• INTRODUZIONE
• I
• II