Q = K K è il coefficiente di conducibilità termica, caratteristica

x del materiale costituente il conduttore.Si misura in

kcal/ mKh oppure in W/mK.

Irraggiamento = meccanismo di propagazione del calore che non ha bisogno di materia.Esso consiste nella propagazione di energia raggiante associata a onde elettromagnetiche.

Ogni corpo emette energia raggiante, di intensità più elevata quanto più alta è la temperatura.Le radiazioni meno energetiche sono quelle termiche (raggi infrarossi).Esse, quando incidono su un corpo, possono essere riflesse, rifratte, assorbite.La radiazione si propaga molto rapidamente, infatti, Maxwell ha dimostrato che le radiazioni termiche, luminose, ultraviolette, ecc si propagano nel vuoto con velocità 3 m /s = 300000 km/s

Il flusso di energia raggiante può venire concentrato; la quantità di energia raggiante emessa dipende dall'area della superficie emittente.

Legge di Stephan- Boltzmann = la radianza delle superfici esterne di un corpo è direttamente proporzionale alla quarta potenza della sua tempera 747h74h tura assoluta.

R = eσT⁴ radianza R = quantità di energia irradiata dall'unità di superficie

esterna del corpo nell'unità di tempo e si misura in W/m

costante e = remissività.Essa dipende dalla natura del corpo

emittente e dalla sua temperatura.

= costante di Stephan-Boltzmann.Costante universale che vale

5,67 W/m K

CAPITOLO 5

sublimazione

fusione vaporizzazione

solidificazione condensazione

brinamento

Ogni sostanza fonde a una determinata temperatura, che è quella stessa alla quale solidifica.La temperatura di fusione e di solidificazione è una caratteristica della sostanza che si considera e non dipende dalla massa.Durante la fusione, o la solidificazione, la temperatura si mantiene costante fini al termine del cambiamento di stato.

Rigelo = fenomeno in cui forti pressioni facilitano la fusione dell'acqua, facendola passare allo stato liquido anche a temperature inferiori a 0°C.

Soprafusione = fenomeno in cui la temperatura di un liquido viene abbassata sotto il suo punto di solidificazione e non avviene il passaggio allo stato solido.

Abbassamento crioscopico = accade quando una soluzione solidifica a temperatura inferiore al punto di solidificazione del solvente puro.Esso è la differenza tra le due temperature.

I solidi amorfi non sono cristallizzati, cioè le particelle non sono disposte secondo un determinato ordine. Essi, detti anche vetri, sono fluidi ad alta viscosità.

Fusione pastosa = è provocata dall'assorbimento di sufficienti quantità di energia sotto forma di calore.Il processo contrario è la solidificazione pastosa in cui si manifesta un progressivo aumento della viscosità a temperatura decrescente.

Intervallo di fusione (o di solidificazione) = intervallo di temperatura entro il quale avviene il passaggio da uno stato all'altro.Si ha sia nella fusione pastosa sia nella solidificazione pastosa.Esso caratterizza le varie sostanze amorfe.

Calore di fusione = quantità di calore che la massa unitaria della sostanza deve assorbire, alla temperatura di fusione e a pressione costante, per fondere integralmente.

Calore di solidificazione = quantità di calore che la massa unitaria della sostanza deve perdere, alla temperatura di solidificazione e a pressione costante, per solidificare integralmente.

Calore di vaporizzazione = quantità di calore che la massa unitaria della sostanza deve assorbire per passare completamente dallo stato liquido a quello aeriforme

Una piccola quantità di una certa sostanza liquida, messa in un ambiente quasi vuoto (p=0), vaporizza molto rapidamente.Il vapore che si forma se tutto il liquido scompare è non saturo e la sua tensione, a parità di temperatura, è minore di quella del vapore saturo.Maggiori quantità dello stesso liquido determinano maggiori tensioni di vapore, però a un certo punto il valore della tensione si stabilizza e il vapore, che coesiste con il liquido, si dice saturo.In una situazione di equilibrio liquidi-vapore accade che in uno stesso intervallo di tempo, la massa di liquido che vaporizza è pari alla massa di vapore che si condensa. A parità di temperatura, la tensione del vapore saturo dipende dalla natura della sostanza.Per una stessa sostanza, la tensione del vapore saturo dipende dalla temperatura.Variazioni di pressione, indotte da cause esterne, provocano condensazione o vaporizzazione tali da ripristinare l'equilibrio liquido-vapore.Si dice che un liquido A è più volatile di uno B se, alla stessa temperatura, la tensione del vapore saturo di A è maggiore di quella di B.

Ebollizione = fenomeno che si manifesta quando grosse bolle di vapore si formano continuamente in ogni parte del liquido e salgono dando luogo ad una turbolenza. Esse, giunte in superficie, liberano nell'atmosfera il loro contenuto di vapore.Questo processo di vaporizzazione interessa tutta la massa liquida e non solo lo strato superficiale.

Un liquido bolle a una temperatura, detta punto di ebollizione, che dipende dalla sua natura e dalla pressione esterna, ma non dalla sua massa.La tensione del vapore saturo del liquido alla temperatura di ebollizione è uguale alla pressione esterna agente su di esso.Durante l'ebollizione, se non cambia la pressione esterna, la temperatura del liquido si mantiene costante fino a completa vaporizzazione.

Calore di ebollizione = calore di vaporizzazione di una sostanza alla temperatura di ebollizione.

Innalzamento ebullioscopio = accade quando in un liquido sono sciolte sostanze non pure e si ha un punto di ebollizione più alto.Esso è la differenza tra le due temperature.

Un liquido entra in ebollizione quando il valore della pressione del suo vapore raggiunge quello della pressione esterna.

Principio di Watt = la tensione del vapore saturo è dovunque uguale a quella che si ha nella zona a più bassa temperatura.

La misurazione dell'umidità dell'aria è chiamata igrometria. Umidità assoluta = quantità di vapore d'acqua presente in un metro cubo di aria. Umidità relativa = rapporto tra la quantità di vapore d'acqua presente in un certo volume di aria a una certa temperatura e la quantità che vi sarebbe se, alla stessa temperatura, il vapore fosse saturo.Essa di solito è espressa in percentuale.

Temperatura critica = temperatura al di sopra della quale non è possibile ottenere la liquefazione di una sostanza aeriforme, qualunque sia la pressione che su di essa viene esercitata.

Un vapore è un aeriforme la cui temperatura è inferiore a quella critica, per cui esso può venire liquefatto mediante sola compressione.Un gas è un aeriforme la cui temperatura è superiore a quella critica, per cui esso non può venire liquefatto mediante sola compressione.

Sublimazione = fenomeno che consiste nella vaporizzazione delle sostanze solide. Brinamento = fenomeno che consiste nella solidificazione degli aeriformi.

CAPITOLO 6

Quando si esegue un esperimento, si prende in considerazione solo una parte dell'universo. I limiti di tale porzione di universo, detta sistema, sono definiti con grande precisione, cioè deve essere ben distinguibile da tutte quelle porzioni con le quali può in qualche modo interagire; l'insieme di queste ultime viene detto ambiente esterno, o ambiente.

Un sistema è un insieme ben definito di elementi materiali, non necessariamente accomunati da qualche proprietà; tutto ciò che è estraneo al sistema, ma che ha la possibilità di interagire con esso, viene detto ambiente.Esistono tre diversi tipi di sistema, a seconda dei rapporti con l'ambiente:

Nel sistema aperto ci sono scambi sia di materia che di energia con l'ambiente

Nel sistema chiuso ci sono scambi di energia con l'ambiente, ma non di materia

Nel sistema isolato non ci sono scambi di energia né di materia con l'ambiente

Le interazioni tra ambiente e sistema consistono in scambi di energia.Le grandezze lavoro e calore sono due meccanismi di scambio dell'energia.Lo scambio avviene sotto forma di lavoro quando tra sistema e ambiente intervengono forze che producono spostamenti misurabili e, invece, avviene sotto forma di calore quando dell'energia passa dal sistema all'ambiente (o viceversa) in virtù del fatto che i due non hanno la stessa temperatura.

La termodinamica si occupa dei fenomeni nei quali gli scambi di energia avvengono sotto forma di lavoro e di calore.Essa si basa su due principi che corrispondono alle due seguenti affermazioni:

L'energia dell'universo si conserva

L'entropia dell'universo può solo aumentare

Da tali affermazioni si può dire che la termodinamica studia i fenomeni attraverso le variazioni di energia e di entropia che intervengono durante il loro svolgimento.La termodinamica descrive microscopicamente i fenomeni dei quali si occupa, cioè li studia valendosi di misure macroscopiche di temperatura, pressione e volume.Lavoro e calore sono due grandezze inventate per misurare le quantità di energie trasferite.Si usa per entrambe una stessa unità di misura, il joule.Sappiamo che:   

1cal = 4,186J  => 1J = 0,24cal

Sistema termodinamico = sistema che scambia lavoro e calore con l'ambiente.Si definisce stato del sistema l'insieme delle misure delle grandezze che determinano il comportamento del sistema stesso.Stato termodinamico = stato di un sistema termodinamico; esso è noto quando si conosce il valore di alcune grandezze chiamate variabili di stato, o funzioni di stato.Lo stato di un sistema può essere descritto da una relazione che viene chiamata equazione di stato; le grandezze che compaiono in tale equazione sono delle funzioni di stato.Nel caso di un sistema costituito da una certa quantità di gas perfetto, le grandezze che compaiono nell'equazione di stato sono tre: pressione, volume, temperatura; ma ce ne sono anche altre come l'energia.Una grandezza è una funzione di stato se le sue variazioni dipendono solo dai valori iniziali e finali.

Il sistema si trova in uno stato di equilibrio quando i valori delle grandezze si mantengono costanti.Se tali valori cambiano, si dice che il sistema subisce una trasformazione termodinamica.Nel gas una trasformazione consiste nella variazione di almeno due valori tra pressione, volume e temperatura.

Trasformazione reversibile = processo infinitamente lento, che fa passare il sistema attraverso una successione continua di stati di equilibrio; se, con un processo ugualmente lento, il sistema viene riportato allo stato iniziale, anche l'ambiente torna nelle condizioni iniziali.E' una pura astrazione perché non esistono processi reali perfettamente reversibili. I fenomeni naturali sono tutti delle trasformazioni irreversibili.

Energia interna di un sistema termodinamico = energia complessivamente posseduta, in qualsiasi forma, da tutte le particelle che lo costituiscono.Il suo valore caratterizza lo stato di equilibrio, cioè l'energia interna è una funzione di stato.

3 3

U =    RT R = 8,314JK mol ΔU = nΔT ΔT = T - T

2 2

Il primo principio della termodinamica è il principio di conservazione dell'energia riferito ai sistemi termodinamici. Q = L + ΔU

Il saldo energetico di un sistema termodinamico che subisce una qualsiasi trasformazione è uguale alla variazione di una sua funzione di stato che viene chiamata energia interna.

CAPITOLO 7

Il litro-atmosfera è una unità di misura del lavoro.Equivale a 101,3J.

Il lavoro sarà positivo se c'è un'espansione con pressione esterna variabile e quindi viene fatto dal sistema sull'ambiente. ΔV > 0 => L > 0

Il lavoro sarà negativo se c'è una contrazione di volume con pressione esterna variabile e quindi viene fatto dall'ambiente sul sistema. ΔV < 0 => L<0

Nella trasformazione isobarica la pressione si mantiene costante durante tutto il processo. Lав = pΔV Tale lavoro sarà positivo, ma se il volume si contrae isobaricamente il lavoro sarà negativo in quanto è l'ambiente che lo fa sul sistema.

Nella trasformazione isotermica la temperatura si mantiene costante durante tutto il processo come anche il prodotto della pressione per il volume, il quale valore dipende dalla temperatura alla quale si svolge il processo.Se la pressione esterna diminuisce e il gas si espande i valori della curva isoterma saranno crescenti, mentre saranno decrescenti se la pressione esterna aumenta e il volume del gas diminuisce.

Nella trasformazione isocorica il volume si mantiene costante durante tutto il processo. A variazioni della temperatura corrispondono variazioni della pressione del gas.  ΔU = cvnΔT  cv = calore specifico molare a volume costante

n = numero di moli

Nella trasformazione adiabatica non si hanno scambi di calore tra sistema e ambiente.Per trasformare adiabaticamente il sistema c'è bisogno di far variare la pressione esterna.Se le variazioni sono lente ci sarà una trasformazione reversibile, se invece sono rapide ci sarà una trasformazione irreversibile. Q = L + ΔU   

Q = 0 allora L = -ΔU

3 5

L nRΔT vale per i gas L nRΔT vale per i gas

2 monoatomici 2 biatomici

lavoro fatto sull'ambiente (positivo) => ΔU < 0   e ΔT < 0

lavoro fatto sul sistema (negativo) =>  ΔU > 0 e ΔT > 0

Un sistema compie un ciclo termodinamico quando, attraverso una serie di trasformazioni, perviene a uno stato finale coincidente con quello iniziale.

Prima fase: il volume aumenta e il lavoro è positivo, cioè viene fatto dal sistema all'ambiente.Seconda fase: il volume diminuisce e il lavoro è negativo, cioè viene fatto dall'ambiente al sistema.Il lavoro complessivo è positivo dato che L > L .Questo è un ciclo termico ed è quello delle macchine termiche; a ogni ciclo esse assorbono una certa quantità di energia sotto forma di calore e ne restituiscono una parte sotto forma di lavoro.Calore e lavoro sono positivi.Un ciclo percorso in senso antiorario è chiamato ciclo frigorifero ed è quello delle macchine frigorifere; a ogni ciclo esse assorbono energia sotto forma di lavoro e la restituiscono sotto forma di calore.Calore e lavoro sono negativi.

CAPITOLO 8

Il primo principio della termodinamica afferma che l'energia può essere scambiata tra sistema e ambiente, ma non può essere distrutta.

Secondo principio della termodinamica = i sistemi naturali evolvono spontaneamente in certe direzioni, e non c'è verso che spontaneamente tornino nelle condizioni iniziali.Enunciato di Clausius = è possibile realizzare una trasformazione termodinamica che abbia come unico risultato il passaggio di calore da un corpo più freddo a uno più caldo.

Sorgente termica = corpo che può cedere o assorbire calore senza che la sua temperatura subisca variazioni.

Enunciato di Kelvin-Planck = è possibile realizzare un processo termodinamico ciclico il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore prelevato da una sola sorgente.

Se non fosse vero quello di Clausius, il sistema, una volta raggiunta la temperatura della sorgente termica, potrebbe cedere energia sotto forma di calore alla sorgente stessa e, in conseguenza, diminuire la propria temperatura fino a tornare allo stato iniziale, chiudendo il ciclo e contraddicendo anche l'enunciato di Kelvin-Planck.Una conseguenza dell'enunciato Kelvin-Planck è che nelle trasformazioni cicliche non tutto il calore assorbito può essere trasformato in lavoro, ma una parte deve essere espulsa dal sistema, affinché esso possa raffreddarsi, tornare allo stato iniziale e cominciare un nuovo ciclo.Il secondo principio della termodinamica pone delle condizioni alla trasformabilità del calore in lavoro.Una seconda conseguenza dell'enunciato di Kelvin-Planck è che la trasformazione ciclica di calore in lavoro è sempre accompagnata da processi di degradazione, cioè da diminuzione del grado di utilizzabilità di una parte dell'energia trasferita sotto forma di calore.