Trasformazioni termodinamiche

Cos’è un sistema termodiamico? Cosa implica la condizione di equilibrio di un sistema termodinamico? Cosa sono e come si suddividono le grandezze termodinamiche?

Scopriamolo assieme nelle prossime pagine!

Si definisce stato termodinamico (o stato di equilibrio) l’insieme delle variabili termodinamiche di un sistema in un ben determinato istante di tempo.

In generale i valori di tali variabili evolvono nel tempo: si pensi all’acqua in ebollizione dopo aver spento il fuoco. La sua temperatura è inizialmente T=100°C ma con il tempo (per effetto del calore ceduto all’ambente circostante) tale valore scende fino a portarsi dopo parecchio tempo ad un valor identico alla temperatura ambientale, senza più cambiare. A patto quindi di aspettare un tempo sufficientemente lungo la sua temperatura diventa costante e pari a quella dell’abiente (tutti i suoi punti hanno la stessa temperatura e questa non cambia più nel tempo). Si dice che ha raggiunto uno stato di equilibrio.

Tutti i sistemi termodinamici, se isolati dall’ambiente circostante, passato un tempo sufficientemente lungo, raggiungono una condizione o stato di equilibrio.

La condizione di equilibrio implica quindi che:

• i parametri di stato del sistema non varino più, restando praticamente costanti nel tempo.
• Tutti i parametri locali (intensivi) assumono lo stesso valore in ciascun punto del sistema.
• All’equilibrio non ci sono spostamenti di materia e non avvengono reazioni chimiche all’interno del sistema.

L’equilibrio termodinamico implica quindi equilibrio termico, equilibrio meccanico ed equilibrio chimico.

Cioè i parametri non variano oppure variano così lentamente da potersi considerare costanti rispetto all’intervallo di tempo di tempo Δt di osservazione del sistema.

TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE (TRAFORMAZIONI DI STATO)

Si consideri inizialmente un sistema isolato in uno stato di equilibrio.

Se ad un certo punto tale sistema viene messo in contatto con un secondo sistema o con una sorgente di calore, il suo equilibrio viene “perturbato” e, dato un tempo sufficientemente lungo, evolverà verso un nuovo stato di equilibrio, in generale diverso dal primo.

Si dice che il sistema ha subito una trasformazione di stato (o trasformazione termodinamica) che lo ha fatto passare dallo stato S1(p1,V1,T1) allo stato S2(p2,V2,T2).

classificazione delle trasformazioni termodinamiche

E’ possibile suddividere le diverse trasformazioni termodinamiche in diverse categoria in base alle modalità con cui avvengono:

• una trasformazione si dice reversibile se, semplicemente invertendo la direzione di tutti gli spostamenti di energia o materia (come se si effettuasse la trasformazione a ritroso nel tempo), il sistema si riporta dallo stato S2 nuovamente nello stato di partenza S1. Quindi una trasformazione è reversibile se esiste una trasformazione inversa ottenuta semplicemente invertendo i segni delle variazioni subite dalle varie grandezze nella trasformazione diretta.
• una trasformazione è irreversibile se si verificano fenomeni dissipativi che fanno perdere energia al sistema. Questa dissipazione impedisce al sistema di ritornare esattamente nello stato di partenza. Alcune trasformazioni sono poi intrinsecamente irreversibili. Si pensi ad un blocchetto la cui temperatura viene fatta aumentare strofinandolo (quindi trasferendo energia tramite il lavoro della forza di attrito). Invertendo la direzione di strofinamento il calore non fluisce indietro facendolo raffreddare.. continua invece a scaldarsi!!!!!
• una trasformazione è quasi statica se avviene molto lentamente e attraverso una “successione di stati di equilibrio”. In pratica la trasformazione avviene in un tempo così lungo che per intervalli di tempo Δt misurabili, il sistema si può considerare in equilibrio. Condizione necessaria affinché una trasformazione possa essere reversibile è che sia anche quasi statica. La condizione tuttavia non è anche sufficiente, ovvero non tutte le trasformazioni quasi statiche sono anche reversibili (esistono trasformazioni quasi statiche irreversibili).

Inoltre a seconda della modalità fisica con cui variano i parametri termodinamici durante la trasformazione, si possono suddividere in trasformazioni:

• ISOCORE: che avvengono mantenendo costante il volume del sistema
• ISOBARE: se la pressione del sistema non varia durante la trasformazione
• ISOTERME: a temperatura sempre costante durante tutta la trasformazione
• ADIABATICHE: senza scambi di calore o energia con l’ambiente circostante (sistema isolato)

Questa erano le trasformazioni termodinamiche 😉
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