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CONTENUTO DELLA PAGINA
Primo principio della termodinamica
Applicazioni del primo principio

Primo principio della termodinamica

Il primo principio ha lo scopo estendere il principio di conservazione dell'energia meccanica a qualunqua altra forma (chimica, termica, elettrica…) in ogni sistema e con qualunque trasformazione fisica si utilizzi; utilizzando l'energia interna appena descritta, possiamo affermare che:

In cui per convenzione si assume che:

• il calore che il corpo riceve dall'esterno è considerato positivo;
• il calore che il corpo cede all'esteno è considerato negativo;
• il lavoro compiuto dal corpo verso l'esterno è considerato positivo;
• il lavoro compiuto dall'esterno verso il corpo è considerato negativo.

Di conseguenza, con riferimento alla figura 1:

• l'energia interna aumenta quando il corpo riceve calore dall'esterno o quando dall'esterno si compie lavoro sul corpo (frecce con il bordo blu);
• l'energia interna diminuisce quando il corpo cede calore all'esteno o quando il corpo compie lavoro verso l'esterno (frecce con il bordo rosso).

Osservazione: in una trasformazione ciclica, si torna allo stato iniziale, di conseguenza l'energia interna torna ad esser quella che c'era all'inizio: quindi ΔU = 0.

Nel piano pV il lavoro compiuto da una trasformazione corrisponde all'area (integrale) compresa tra la linea e l'asse orizzontale: ad esempio nel caso di una trasformazione isobara corrisponde all'area di un rettangolo, mentre in una trasformazione isocora l'area è nulla ed infatti il lavoro è zero.
In una trasformazione ciclica il lavoro corrisponde all'area racchiusa all'interno della linea chiusa.

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Applicazioni del primo principio

Da questo principio possiamo quindi generalizzare il principio di conservazione dell'energia:

Vediamo come si declina questo principio nelle varie trasformazioni viste in base anche alle leggi della calorimetria.

In particolare ricordiamo che il calore specifico molare può esser:

• a pressione costante il calore molare c_p vale:
    c_p = 5R ⁄ 2 nei gas monoatomici;
    c_p = 7R ⁄ 2 nei gas biatomici;
• a volume costante il calore molare c_v vale:
    c_v = 3R ⁄ 2 nei gas monoatomici;
    c_v = 5R ⁄ 2 nei gas biatomici.

E quindi in generale: c_p − c_v = R.

♦ Trasformazioni isobare ♦

Nelle trasformazioni isobara la pressione rimane costante, quindi il lavoro compiuto si può calcolare semplicemente come prodotto tra pressione e variazione di volume.

♦ Trasformazioni isocore ♦

Nelle trasformazioni isocore il volume non varia, quindi non c'è spostamento: per questo motivo il lavoro è zero. Dal primo principio si ottiene:

♦ Trasformazioni isoterme ♦

Nelle trasformazioni isoterma la temperatura non varia, di conseguenza non varia neanche l'energia interna: per questo motivo dal primo principio si ricava quindi che il lavoro compiuto equivale al calore scambiato. Tale quantità vale di preciso:

♦ Trasformazioni adiabatiche ♦

La trasformazione adiabatica è una particolare trasformazione in cui, pur variando tutte e tre le grandezze, non avvengono scambi di calore con l'esterno: Q = 0.
Il primo principio diventa quindi:

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