Termodinamica

In questo modulo, utilizzando il modello del gas ideale, affronteremo la termodinamica, studieremo cioè le macchine termiche. Incontreremo alla fine l'entropia, una grandezza fisica necessaria per descrivere il concetto un po’ strano di “degrado” dell’energia.

Prerequisiti

  • Saper assegnare alle grandezze fisiche le relative unità di misura e gestire le equivalenze
  • Conoscere e utilizzare il logaritmo naturale
  • Saper esplicitare l’incognita di un’equazione di primo grado e gestire esponenti frazionari
  • Saper riconoscere i gradi di libertà rilevanti del sistema fisico gas
  • Utilizzare correttamente il concetto di mole
  • Conoscere le proprietà delle trasformazioni isoterme, isobare e isocore di un gas ideale
  • Conoscere il concetto di lavoro, conservazione dell’energia e funzione di stato.
  • Conoscere l’equazione di stato dei gas ideali

Conoscenze (contenuti)

Primo e secondo principio della termodinamica

  • Primo principio della termodinamica: conservazione dell'energia nei fenomeni termodinamici.
  • Trasformazioni reversibili e irreversibili.
  • Proprietà termodinamiche delle trasformazioni isoterme, isocore e isobare
  • Le trasformazioni adiabatiche e le loro proprietà termodinamiche
  • Cicli termodinamici. Macchine termiche e loro rendimento.
  • Il secondo principio della termodinamica formulato attraverso gli enunciati di Kelvin e Clausius; il ciclo di Carnot e quello di Stirling.

Entropia

  • Definizione di entropia
  • Variazione di entropia in trasformazioni reversibili e irreversibili
  • Interpretazione probabilistica del concetto di entropia

Abilità

  • Ricondurre il limite sul rendimento massimo di una macchina termica al II° principio della termodinamica
  • Risolvere problemi riguardanti cicli termodinamici reversibili e irreversibili, calcolando l'eventuale rendimento, lavoro, etc.
  • Collegare l’entropia alla degradazione dell’energia
  • Riconoscere quando una trasformazione termodinamica o un processo è reversibile o meno
  • Collegare concetti quali: macrostati e microstati, probabilità, disordine, degrado dell’energia
  • Risolvere problemi riguardanti il calcolo della variazione di entropia in trasformazioni reversibili e non, nei passaggi di stato e nei cicli termodinamici
  • Interpretare in termini probabilistici l’entropia.