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Stati della materia
Passaggi di Stato
solido
Gli
Stati della materia sono 3
liquido
2 di
un fluido
così lo indichiamo in modo
generale
✓
gassoso
1 Un
corpo
è solido
quando
ha un volume
e
una forma propria
. Essi hanno atomi
/
molecole
fortemente legati
fra
loro e
formano
un
reticolo cristallino .
L'
unico movimento che
compiono questi
atomi
/
molecole
è
un
moto
vibrazionale
che è
direttamente
proporzionale
alla
temperatura
.
Un solido
non può
modificare
la
sua forma
s solo se
eserciti su esso una forza
che lo
rompe
taglia
ecc...
2 Un
corpo
è liquido quando
ha un volume ma non
una forma propria ,
assume
quella
del contenitore che lo contiene
.
Ci sono
legami
deboli tra
gli
atomi molecole che
lo
costituiscono
le molecole
possono
scorrere
le
une
sulle altre.
3 Un
corpo
è
gassoso
quando
non
ha né un
volume né una
forma propria,
assumono
quella
del contenitore ma il volume cambia
al cambiare
di
quest'
ultimo >
tendono
ad
occupare
tutto
lo
spazio possibile
i
gas
sono facilmente compri
mibili
Ci sono
legami
ancora
più
deboli
> hanno
maggior
libertà di movimento .
IL
PLASMA
È simile a un
gas
ma
è
ionizzato > formato
da
cariche
elettriche libere
ovvero esso
è
composto
da atomi che hanno
perso
1 e
ci sono
sia
cariche
che
Esso è lo stato di
aggregazione
della
materia
più
comune nell' Universo > stato della materia delle stelle
I
passaggi
di stato o cambiamenti
di
fase più
comuni sono :
stato
solido
e i liquido
<
gassoso
< >
plasmatico
7
in tutto sono 8
i
passaggi
di
stato
consentiti
solido
liquido
FUSIONE
liquido
gassoso
EVAPORAZIONE solido
gassoso
SUBLIMAZIONE
liquido
solida SOLIDIFICAZIONE
gassoso
liquido
CONDENSAZIONE
gassoso
> solido
BRINA MENTO
gassoso
plasmatico
IONIZZAZIONE
plasmatico
gassoso
DEIONIZ 2-AZIONE
come
avvengono
i
passaggi
di stato?
È necessario che al corpo
venga
fornito
sottratto calore e che la
temperatura rimanga
costante.
T rimane costante
perché
il calore
quindi
l'
energia
fornito
sottratto al
corpo
aumenta
diminuisce
le vibrazioni
degli
atomi molecole
Essi
possono
agitarsi
fino
al
punto
che le
forze
di
legame
sono così deboli che
il
legame
si
rompe >
gli
atomi
molecole sono
liberi
di muoversi
aumenta
la
distanza tra di loro
Diagramma di fase
◦
C)
a
gas
caso dell'
acqua
ebollizione
liquido
in
questi
tratti
(
i
passaggi
di stato
) ,
T
=
cost
anche se si continua a
fornire
calore
fusione
Ò
,
solido
esempio
: Q
per
trasformare
100g
di
ghiaccio
a -20°C
in
vapore
a 130°C
passaggi
: da solido >
liquido
gassoso
calore
specifico ghiaccio
①
-20°C → 00C
= M
Cg
DT
=
. 2090
.
0 +20 = 4180 J
fusione
=
mlf
=
'
. 105 = 33400 J
Qooc → 1000C
= m Ca
AT =
.
(100-0)=
J
①
evaporazione
= mlv =
. 106 = 226000 J
①
100°C → 1300C
= MCV
☐T
=
'
Qtot
= Somma di tutti i Q
precedenti
=
311260J
I
diagrammi
di
fase
sono
rappresentazioni
specifiche per ogni
sostanza
Pn
Pg
TETI
P
,
00
punto
ÈÈ
I Tz Tg Tg
Tc
T
So che in A ho una certa Te P > dato che si trova in
questa regione
è allo stato solido
Presa
p =p, ,
se mi muovo verso
destra
,
p
rimane costante e
T aumenta
. Quando
inizia il
processo
di
fusione
,
con
1- = cost
e
passo
da
qui
a
qui temperatura
di
fusione
Posso continuare
a
aumentare Te muoverci di
piu
'
verso destra
fino
a
raggiungere
Tu
Temperatura
di
ebollizione
( sempre
con
p,
fissata
si
può percorrere
il
percorso
inverso :
data
passo
a
Tz
qui
solidifica
↓
^
qui
condensa
e
passa qui
Nel caso di
Pz
fusione
Ta
T
ebollizione
Tq
quindi
le
temperature
di
fusione
ed ebollizione variano
al
cambiare
della
pressione
Trasformazioni reversibili e irreversibili
Inunatrasformazion
quasi
a non
,
ilsistema
rassiunge
lo stato
finale
senzamaitrovarsi
inequilibrio
esempio
: duecorpiat diverse
a contatto
Le
trasformazioni
reversibili
arrengono
passando
attraverse
statidiequilibrio
e in
assenza
diferte
dissipative
sattrito
le trasformazioni
inreversibili
arrengono
passande
attraverse
statidi equilibrio
non
e
indi
presenza
forze dissipative
proprietà trasformazioni
reversibili
I E una trasformatione
che
puoessere
percorsa
al
contrario
,
senza
che il
sistemae
lambiente
simodifichino
B
AL
2
Anche
l 'ambiente
pue
ripercorrere
da
B
Grazie
alla z
ealprime principio dellatermodinamica
,
WB
=-
WAsB
Opposti
ge
nella
trasformazione
inversa ha
compiutolavero
,
significache
hasubito lostessolavore
inquella
diretta .
analegamente
BSA
=-AsB
Q
AUBSA
--DWAsB
c
nomporta
acambiamenti
permanenti
Proprieta trasformazioni
reversibili
In
questo
case
non
è
possibile
tornare
indietre
ripercorrere
latrasformazione perchi arrengono
cambiamenti
permanenti
esembio
.
espansione
libera
diungas
pistone
inuncilindro con attrito
TRASFORMAZIONE isoterma
welle
trasformazioni
isoterme abbiame
che
letemperatura
rimane costante
esempio espansione
libera
diungas
Presalalesge deigas perfetti
PU
=NRT,
T
=Cost
=
NRT
=
cost senoncisono
dispersioni
digas
BVecost
orvero
lalegge
diBogle
B
Y
conK
=cost
INRT
nß
oA
-- Bi
BROBRIETà
":
t
B
=BIWD, lapressione
è inversamente proporzionale
al volume
2 lim
v
OPIIto
alcrescere
diß
,
ilgrafico
si
appressima allassey
lim
PIVI
alcrescere di ,
ilgrafico si
appressimaalra
V
3
Presi due
punti Va
,P.,
V
.P.2,
quiilgas
hale stessa
temperatura
T
K
=NRT è
direttamente
proportionale
aT
z
se aumentaT
,
aumentak
,
pivil grafico
sistacce
dagliassi
np
Tß
Tp
[
Tz
[
T
3
--
î
quindi
il
brimo principiodella
termodinamica diventa BU
=NEUDT COn
DT=O DU =D
Q
zw
s
åpiriar
dove
pirieure
V
{
B
dv
URT
=
nRT/PEdv=nRTIn
V .
va
WAmB
=NRTIn
VBA
o
se
houn
'espansione
isoterma :
VBIVA
,
In
VBn
30 s
W 3 O
sQ
3 O essende aiw
sehoun isoterma
: VBVA
.
In
V
acompressione
o s
W
x
3
Q o essendo
Q
zW
TRASFORMAZIONE isobara
welle
trasformazioni
iso abbiamo
che rimanecostante
bare
la
pressione
nß
ô o
3
v
partendo
da
PU
:NRT s NR =cost
Y =cost
P
:
cost
T ß
presi
due
punti V
.p,
V
.P.T2,T 2
Z
3
i i
i
i
quindi
sono direttamente
proporzionali
sappiamo
che DW
ncvT
crdeve
essere costante
o
se
ilgas
assorbe
calore
,
la variazione
dellenergia
internaèbositive s
aumentane latemperaturae volumes
3
espansione
isobara
BW O s
s
BT D
3
s B
o
o
se
il
gas calore ,
la
variazione
dellenersia
internie
slatemperatura
ed
diminuiscone regative volume
compressione
isobara
BW o
s BT O s s B
o
sappiamo
che illavoro è larea sottesa
ap
=pV
n
p
A
B . Q eD
w
3
v
dove
w
=PBV=P VB
VA =BRTA
VBENRTB
I
WEP NRTB
DRTA
s W
=NRITB-Ta}
B B
o
seil gas
compie
lavore
sullambiente ,
W
3 O
s
latemperaturae
volume aumentano
i espansione
isobara
O
B B
T
s 0 s B
w W
ose l 'ambiente compie
lavore
sulgas
,
wao s latemperaturae
diminuiscono
volome s
compressione
isobara
o 3 x
DT
s o B o
N
Riguardo
al
principio
delia Termodinamica
BU
=-w
NCVLTB
=
hCvLTB
TURLTB
Macchina termica
unamacchina
termica
puòrealizzare
unatrasformazione
ciclicadiungas
stato iniziale
statofinale
Essa Bermette
che
il
gas scambilew
conlambiente esterno
,
compiende
un
insieme
dipic
trasformazioniche
poilo
riportano alsuostato
iniziale
Quindi :
A
B s
W
D
s Q W
TheTz
sono
costanti
,
a
prescindere
se cedonoe assorbono calore
La
macchina sottrae calore
alla
sorgente
pincalda susaparte
diquelvenergia
perprodurre
lavoro
inwovere
unpistone
peres
e cede alla
sorgente
freddal 'altre
parte
dicalore
W
assorbito
QceButo
W
=QA-Qc
rendimento
Quanta
energia
riesce aconvertive
inlavoro
?
Dipende dalrendimento
dellamacchina
ww
NQa
Z
se
n =O,
la
macchina nonproduce
lavoro
se
n
=I,
la
macchina
converte tutto il calore inlavoro macirrealizzabile
perila
dellatermodinamica
sm
= inwtile
M reale
: o
n
L
{ we
:aaoanae
Mideale :
n
=z
W
=Qa impossibile
Ec
nãa
Qa
Qcaa âa
esempio
: Qs
=?
n
=35.
n
2-
QOA'Qc=Y+I QA
=2925J =3-2925J
Qa=GS 00 J
nRTqlnIWPcJ Taln
(vpc)
n
= L -
hRTzIn
(a)
=1-
TzIn(a)
le
equazioni
delle
trasformazioni
adiabaticne
che mettono
inrelazione Tei
applico
alle trasformazioni
BCeBze ricavo
irapportitrai
volumiche
compaiono neilogaritmi
T
2 VBB-1=TsVCT-S
=
TE
=
VEB
Z
= }
VÜB
=
Y
X
y R
n
r
TVF
=
TE
=
Y
Rx
.
VE
=
Vß
s
in
(ub)
inful
VnVß
Talm
(VBc)
=7 M
=
Talm
(Va)
N
=L-TEz
BRORRIETÀ
BELLAMACCHINA DICARNOT
se
so che la macchina
dicarnot
lavera trabook e
35
OK,
posso
calcolare
il
rendimento :
M
=l-TE+ 4
L.7.
se aumento
Tz
anche
naumenta
,
mase
diminuisco
Tn
,
aumenta ancora
dipio =s perrendere
lamacchina
dicarnot pil efficiente
conviene diminuire Te.
Ciclo di stirling
xp
o
B
o
B
E
0 E
y
V
oAB
espansione
isoterma T
=cost
isoterma
ar
compressione
T
=cost
Boliminuisce Baumenta
vaumenta diminwisce
assorbe a
assorbe
Q
BC
isocora
V
=cost isocoraV=cost
Toliminuisce Taumenta
B
diminwisce
paumenta
cede
a
cede a
tute
reversibili
.
lNAsB
rendimento :
n
s
Tr
TaçTz
T
2
w
IN E SD
Qa
dimostrazione :
n
=
Wa
=1-
QA
siscambiano calore sdlole
sorgenticanT
: cost
percostruzione
QA
=
QAB
=NRT 2 In
VB 30
Va
}
ABCCOBA
sibilanciano
sgas
assorbe Qsoloda
Tz
a
=Ø.=mRTlnK?co
ecede a
solo a
Ta
=>
N
hrtink
?:e-
urtingseVsVa
z
hRTzlmvba hRTzlma
n
= L
TRz
n
T -
T B
T
=-TBmCv
MCV T
Ta
nCr
F 1 T
B n
r
Tc
IV
cilindrocon il
abbassatopistome
lovogliamo
notuconivolumiche sono
alzatacilindroconilpistone
{
TBWqFnZ
=TcWyF-t
TV 2 F-1=T V 8-9B
za
T B
A
V
zB
=
Tc
VzV
Vn
y
T
D A
I
Vz
TC
Vs
R
= t
va
Definisco
r :VY
rapporto
dicompressione
: M
=L-t
con
z
ra =B
pive
'grande,
picaumenta
il
rendimento
mace 'unlimite s sennosiinnesca l
artocombustione
esempio
:
Vy
2,6.
m
3
V
2
= 2,
Lo
m
3
r
=Vq=1,
n
=
--
tto-e
2
o.
welciclo otte reale
le
fasi
diaccensione eespansione
non
arrengono
separatee
cisono
anche
gliatritida
tenercontotra il
e ilcilindro
,
Qvindi ilvendimente
vereèminore
sistone
Ciclo diesel
a
p
oß
}
o
[
o
B
i
O
i
:
~
å
}
.
D
.
Vz
Vß
V
O 3 A
fase
diaspirazione : lamiscela
aria
- carburante viene aspirata
nel cilindre
sespansione
isobara
Voßcost
A 5 B
fase
di compressione
:
compressione
adiabatica reversibile V TB
B 3 C
fase
di
iniezione ecombustione
: espansione isobara
,
miscelasiincendia
,
P
=cost,
welamiscela assorbe
calore
Q=nCpITC-TB 3
o
3
C B
fase
di espansione
adiabaticarevensibile
espansione VPT
2 Bw
B -1A fase
di
decompressione
isocora
reversibile
,
DITIV
:cost,
il
gas
cede
calore
aliambiente
Q
=NCrLTa-TB) <
O
B
A
fase discarico :
siapre
la valuda discarico eil
gas
prodotto
nella combustione viene
espulso fuoridal
cilindro
Vup
=cost
rendimento
n
:
Ingenerale
z
Qc
QA
nCv T
r
D
n
=l-
Tc
F
1 M
Cr T
B A
Tc
F
I
r T
n n
n
TE
Edifficile sapere
letemperature
=3 sarebbe
pilcomoda
una
formulaconi volumi che siconoscono nellevarie
fasidel
ciclo
Vz
Il
rapporto
dicombustione
ap
e
:
C
=vs
Il
rapporto
di
compressione
volumetrico
e ':
r
=V;
F
=V.
A sBeC
B sonoadiabatiche
quindi
:
TRV
38-
= TcV
28-s
Tß
Vz
I
Tc V
3
TV 3 O-
= T V
OJ Bs Tß
V
}
J
pn
8-
T r r r
RENDIMENTO DI MACCHINE REVERSIBILI E IRREVERSIBILI
Peruna
macchina che
fatrasformazioni
reversibili
,
il rendimentoe
:
N
Ya
Qa
Q
1-
a
NIL
conTe T
2
Hale
stesse
proprietà
dellamacchina di carnot
:
il
rendimento
non dipende
dalgas
che costituisce
il sistema
picisone
diverse
Ts
e
Tz
,
masgiore
èilrendimento
conviene picl T
2
peraverenmaggione
dliminwire
fredda
esempio
: QA=?
W
=FSDOJ
n
=
t -
T
t
= 0,
ha
Ta
Ty
= BeoK
Tz
=SOOk SQA
W
= J
c
Peruna
macchina che
fatrasformazioni reversibili
,
il
rendimentoe
':
1
Y
9 a
a Qa
non vale
pilquella
conle
temperature
Ber
il
teorema
dicarnot
,
dove :
YIRREVERSIBILEE Y REVERSIBILE
fissate TI
,
T
2
waw
massimo rendimento
macchina irreversibile
esempio
:
T 1:
K
Tz
=8zOk
N
MAXI 1-T2-0,595 =54,
CICLO FRIGORIFERO E MACCHINA FRIGORIFERA
Il suo obiattivo è sottrarre calore
alle
sorgente fredde
perrenderle
ancora pilfredde
.
Quindi èl
'ambiente
esterno
checompie
lavere whe in
parte
usaper
soltrarre
calore
dalla sorgente
fredda
ecedere
calore a quella piccalda
In natura non arviene
maiil
passaggio
dicalore
daincorpo
pirfreddo
aunopiicalde Bilfrigoritero
deveforzare
questa
azione
conil
lavero
l
'efficienza
diwnfrigorifere
idata
dalcoefficiente diprestazione
diunamacchina
frigorifera
:
COP
=
QA
ww
win modulo
perché
ènegative
gas
subisce il lavero
deliambiente
proprietà :
cop
ëadimensionale
coprealee
WrO sempre,
quindi Qc
3 Qn
cedealla
frigo
sorgente
pircalda
pincalore
diquantone
sottrac a
quella
fredde
esempio
: W =?
COP =
3,
COP
Aa
s
W=QAw-256J
wl
Cop
QA=820J
cialo
frigerifero
:
e
'il
cicle dicarnot
reversibile
,
mainverso .
^
p
ê
AsB
espansione
adiabatica
sottratte do
T
2
L
BC isoterma
espansione
calore
assorbitodalgas
C D
adiabatica
compressione
Tz
BA isoterma
compressione
calore
calgas
ceduto
aTz
ec Tu
3 V
