Quanti sono i principi fondamentali della termodinamica
Contenuto
Esempi di leggi della termodinamica
La legge zero della termodinamica o legge del calore afferma che se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo B, e B è in equilibrio termico con un corpo C, allora anche A e C sono in equilibrio; cioè, i tre corpi, A, B e C, sono in equilibrio termico tra loro. L’equilibrio termico è quindi transitivo.
La prima legge della termodinamica o il principio di conservazione dell’energia afferma che l’energia non può essere né creata né distrutta durante un processo, ma può essere trasformata. L’energia in un sistema isolato è costante, ma ci può essere uno scambio di energia, associato a calore e lavoro, verso o dall’ambiente. La seconda legge della termodinamica ci dice che è impossibile che in un processo ciclico l’unico risultato sia l’assorbimento di calore da un serbatoio e la sua conversione totale in lavoro consegnato all’esterno del sistema. Cioè, è impossibile trasformare tutto il calore in lavoro. I cambiamenti spontanei comportano sempre un aumento dell’entropia dell’universo e la dissipazione dell’energia che si accumula in modo disordinato come energia termica o di movimento molecolare. In altre parole, questo principio spiega l’irreversibilità dei fenomeni fisici, specialmente durante lo scambio di calore, e indica che la quantità di entropia nell’universo tende ad aumentare.
Secondo principio della termodinamica
I quattro principi della termodinamica[1] definiscono le quantità fisiche fondamentali (temperatura, energia ed entropia) che caratterizzano i sistemi termodinamici. I principi descrivono come si comportano in certe circostanze, e proibiscono certi fenomeni (come il moto perpetuo).
L’equilibrio termodinamico di un sistema è definito come la condizione del sistema in cui le variabili empiriche utilizzate per definire o segnalare uno stato del sistema (pressione, volume, campo elettrico, polarizzazione, magnetizzazione, tensione lineare, tensione superficiale, coordinate dei piani x, y) non sono dipendenti dal tempo. Il tempo è un parametro cinetico, associato a livello microscopico, che a sua volta è all’interno della chimica fisica e non è un parametro perché la termodinamica è interessata solo a lavorare con un tempo iniziale e uno finale. Queste variabili empiriche (sperimentali) di un sistema sono note come le coordinate termiche e dinamiche del sistema.
Per convenzione, si può anche dire che due sistemi sono in una relazione di equilibrio termico se, non essendo collegati in modo da trasferire calore tra loro, rimarrebbero nello stesso stato se collegati da una parete permeabile solo al calore. Il significato fisico è espresso da Maxwell nelle parole: “Tutto il calore è dello stesso tipo”. Un’altra affermazione della legge è “Tutte le pareti diatermiche sono equivalenti”. Questo principio è importante per la formulazione matematica della termodinamica, che ha bisogno dell’affermazione che la relazione di equilibrio termico è una relazione di equivalenza. Questa informazione è necessaria per una definizione matematica della temperatura che sia in accordo con l’esistenza fisica di termometri validi.
Principi termici
Nel campo della fisica, c’è un ramo che studia le trasformazioni prodotte dal calore e dal lavoro in un sistema. Questa è la termodinamica. È una branca della fisica che si occupa dello studio di tutte le transizioni, che sono solo il risultato di un processo che coinvolge cambiamenti nelle variabili di stato di temperatura ed energia a livello macro. Ci sono diversi principi della termodinamica che sono fondamentali per molti aspetti della fisica.
Se guardiamo la termodinamica classica, troviamo che si basa sul concetto di sistemi macroscopici. Questo sistema è solo una parte della qualità fisica o concettuale di separazione dall’ambiente esterno. Per studiare meglio il sistema termodinamico, si suppone sempre che sia una massa fisica che non è disturbata dallo scambio di energia con l’ecosistema esterno.
Lo stato di un sistema macroscopico in equilibrio è specificato da quantità chiamate variabili termodinamiche. Conosciamo tutte queste variabili: temperatura, pressione, volume e composizione chimica. Tutte queste variabili definiscono il sistema e il suo equilibrio. Grazie all’alleanza internazionale delle applicazioni, sono stati stabiliti i principali simboli della termodinamica chimica. L’uso di queste unità può funzionare meglio e spiegare i principi della termodinamica.
Quali sono le leggi della termodinamica?
La termodinamica è una branca della fisica che si occupa dello studio delle trasformazioni di energia in relazione al calore e al lavoro meccanico. Il significato di termodinamica deriva dal greco thermo che significa “calore” e dynamis che significa “potenza”.
Un sistema termodinamico è una parte dell’universo (un insieme di materia) che viene isolata (realmente o teoricamente) per essere studiata. Così ci sono tre tipi di sistemi, i sistemi aperti, che si verificano quando c’è uno scambio di energia e materia con l’ambiente. I sistemi chiusi sono quelli in cui non c’è scambio di massa ma c’è uno scambio di energia con l’esterno. E i sistemi isolati sono quelli in cui non c’è trasferimento di energia e materia con l’ambiente circostante.
Le quattro leggi o principi della termodinamica descrivono come l’energia, la temperatura e l’entropia si comportano nei sistemi termodinamici (molecole, persone, pianeti). Fissano anche alcuni limiti su come l’energia viene scambiata e trasformata nei processi termodinamici e spiegano perché è impossibile costruire una macchina a moto perpetuo.