Capitolo 20: Primo e secondo principio della termodinamica

Descrizione

Questo capitolo affronta i due principi fondamentali della termodinamica. Il primo principio, legato alla conservazione dell’energia, permette di analizzare trasformazioni termiche e meccaniche. Il secondo principio introduce il concetto di entropia e il limite al rendimento dei processi. Si analizzano cicli termodinamici e funzionamento delle macchine termiche.

Contenuti principali

• Primo principio: ΔU = Q - L
• Energia interna di un gas perfetto
• Trasformazioni termodinamiche: isoterma, isobara, isocora, adiabatica
• Rappresentazioni PV e interpretazione delle aree come lavoro
• Secondo principio: direzionalità dei processi e irreversibilità
• Macchine termiche: rendimento e ciclo di Carnot
• Entropia e disordine

Esercizi

1. Calcola il lavoro compiuto da un gas durante una trasformazione isobara in cui il volume passa da 2 L a 5 L a una pressione di 1 atm.
2. In una trasformazione isoterma, un gas assorbe 500 J di calore. Qual è il lavoro compiuto? Come varia l’energia interna?
3. Determina il rendimento di una macchina termica che assorbe 800 J e compie 240 J di lavoro.

Attività laboratoriale

Esperimento con una siringa e un termometro per simulare trasformazioni termodinamiche: compressione adiabatica ed espansione isoterma. Utilizzo di una simulazione per il ciclo di Carnot. Discussione del concetto di rendimento e confronti tra macchine reali e ideali.

Risorse digitali

• Simulazione PhET – Cicli termodinamici
• Video – Primo e secondo principio della termodinamica spiegati con esempi
• Wikipedia – Secondo principio della termodinamica