Termodinamica: Concetti Essenziali, Leggi e Definizioni Chiave
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Introduzione alla Termodinamica
La termodinamica è la scienza che studia il lavoro e lo scambio di calore tra un sistema e il suo ambiente, analizzando le relazioni tra calore, lavoro, temperatura ed energia.
Leggi Fondamentali della Termodinamica
Legge Zero della Termodinamica
La Legge Zero della Termodinamica afferma che se due sistemi sono ciascuno in equilibrio termico con un terzo sistema, allora sono in equilibrio termico tra loro. In termini più semplici, se corpi con temperature diverse sono messi a contatto, alla fine raggiungono la stessa temperatura (equilibrio termico).
Prima Legge della Termodinamica
La Prima Legge della Termodinamica, nota anche come principio di conservazione dell'energia, stabilisce che la quantità totale di energia in un sistema isolato rimane costante; essa può solo essere trasformata da una forma all'altra, ma non creata né distrutta.
Componenti di un Sistema Termodinamico
Sistema
Un sistema è una quantità di materia o una regione nello spazio scelta per lo studio termodinamico.
Ambiente
L'ambiente è la regione esterna al sistema con cui esso può interagire.
Confine del Sistema
Il confine è la superficie reale o immaginaria che separa il sistema dal suo ambiente.
Tipi di Sistemi
Sistema Chiuso
Un sistema chiuso è un sistema in cui non c'è scambio di massa con l'ambiente, ma può esserci scambio di energia (sotto forma di calore o lavoro).
Sistema Isolato
Un sistema isolato è un sistema in cui non vi è scambio né di energia né di massa con l'ambiente.
Sistema Aperto
Un sistema aperto è un sistema in cui avvengono scambi sia di energia che di massa con l'ambiente.
Proprietà e Stati del Sistema
Proprietà del Sistema
Le proprietà sono le variabili utilizzate per descrivere lo stato di un sistema.
Tipi di Variabili
Variabili Intensive
Le variabili intensive non dipendono dalle dimensioni del sistema, come la temperatura, la pressione e la densità.
Variabili Estensive
Le variabili estensive sono quelle che dipendono dalle dimensioni del sistema, come la massa o il volume.
Stato di Equilibrio
Lo stato di equilibrio è una condizione in cui il sistema non subisce cambiamenti spontanei nel tempo.
Tipi di Equilibrio
Equilibrio Termico
L'equilibrio termico si verifica quando la temperatura è uniforme in tutto il sistema e non ci sono scambi netti di calore.
Equilibrio Meccanico
L'equilibrio meccanico si ha quando non vi è alcun cambiamento di pressione in qualsiasi punto del sistema nel tempo.
Equilibrio di Fase
L'equilibrio di fase si verifica quando la massa di ogni fase in un sistema multifase ha raggiunto un livello di equilibrio e non ci sono cambiamenti netti tra le fasi.
Equilibrio Chimico
L'equilibrio chimico si ha quando la composizione chimica del sistema non cambia nel tempo.
Processi Termodinamici
Processo
Un processo è un cambiamento di stato che un sistema subisce, passando da uno stato di equilibrio a un altro.
Percorso di un Processo
Il percorso di un processo è la serie di stati attraverso cui il sistema passa durante una trasformazione.
Tipi di Processi Comuni
Processo Isotermico
Un processo isotermico è un processo in cui la temperatura del sistema rimane costante.
Processo Isobarico
Un processo isobarico è un processo in cui la pressione del sistema rimane costante.
Processo Isometrico (o Isocoro)
Un processo isometrico (o isocoro) è un processo in cui il volume del sistema rimane costante.
Processo Adiabatico
Un processo adiabatico è un processo in cui non c'è trasferimento di calore tra il sistema e l'ambiente.
Processo Quasi-Statico
Un processo quasi-statico è un processo che avviene in modo sufficientemente lento da permettere al sistema di rimanere in equilibrio interno in ogni istante.
Concetti Fondamentali Aggiuntivi
Energia
L'energia è la capacità di compiere lavoro (es. luce, calore, elettricità).
Pressione
La pressione è la forza esercitata da un fluido per unità di superficie.
Sostanza Pura e Saturazione
Sostanza Pura
Una sostanza pura è una sostanza che ha una composizione chimica fissa e uniforme. Anche una miscela può essere considerata una sostanza pura se è omogenea e la sua composizione non varia.
Temperatura di Saturazione
La temperatura di saturazione è la temperatura alla quale una sostanza pura cambia fase (es. da liquido a vapore) a una data pressione.
Pressione di Saturazione
La pressione di saturazione è la pressione alla quale una sostanza pura cambia fase a una data temperatura.