Termodinamica

Nella termodinamica esistono diversi tipi di trasformazioni legate alla legge
PV=nRT

  • Trasformazioni termodinamiche reversibili

In un diagramma pressione –volume una trasformazione reversibile può essere rappresentata con una linea continua poiché tutti gli stati intermedi sono stati di equilibrio ossia stati in cui temperatura e pressione sono le stesse in ogni parte del sistema.
Essendo reversibile poi posso rifare la trasformazione inversa e portarmi alla condizione
iniziale

  • Trasformazioni irreversibili

    Una trasformazione irreversibile non è rappresentabile con una linea continua in un diagramma pressione-volume in quanto non sono definibili gli stati intermedi. Si possono rappresentare con un punto nel grafico solo lo stato iniziale e lo stato finale.
    Non posso fare la trasformazione inversa per riportarmi alla condizione iniziale .

All’interno di un gas posso identificare una particolare energia ovvero l’energia interna al gas

L’energia internadi un sistema è la somma delle energie cinetiche (energia termica) e potenziali (energia chimica) delle molecole e atomi che ne fanno parte.
Einterna = K + U

L’energia interna è legata all’energia del sistema universo e del sistema ambiente.
L’energia dell’universo è la somma dell’energia interna e dell’ambiente

Eu = Es + Ei

In ogni trasformazione l’energia dell’universo non cambia, quindi nelle trasformazioni si ha che Es e Ei sono uguali ma di segno opposto.

Se la trasformazione implica un cambiamento di volume si crea un lavoro.

  • Se il l lavoro è compiuto dal sistema sui corpi esterni se il volume del sistema aumenta (espansione)
    Il lavoro di espansione èfatto a spese dell’energia del sistema e fa aumentare l’energia dell’ambiente
  • Se ècompiuto sul sistema dai corpi esterni se il volume diminuisce (compressione)
    Il lavoro di compressione è fatto a spese dell’energia dell’ambiente e fa aumentare quella del sistema

    L = p ∆V

Si identifica così il primo principio della termodinamica
Il primo principio della termodimanica dice che la variazione del’energia del sistema è pari alla differenza tra calore ( assorbito o ceduto) e il lavoro ( positivo o negativo )

Es=Q –L
Dove
Q è calore
L è lavoro

termodinamica
Quindi se :
-il calore viene assorbito si produce lavoro
-il calore viene ceduto si consuma lavoro

Energia e trasformazioni :

  • Trasformazioni adiabatiche

Sono trasformazioni che avvengono senza scambio di calore del sistema con i corpi esterni ∆Es= -p ∆V La variazione di energia interna èdata solo dal lavoro di espansione

  • Trasformazioni isoterme

    Sono trasformazioni che avvengono a temperatura costante Es: una espansione isoterma di un gas ideale in un recipiente con stantuffo; in questo caso si ha: ∆Es= 0 e perciò Q = L

  • Trasformazioni isocore

    Es: un gas che si trova in un recipiente chiuso senza possibilitàdi espansione o di compressione (volume costante).In questo caso il lavoro compiuto ènullo. ∆Es= Q La variazione di energia interna èdovuta solo alla quantitàdi calore scambiato

  • Trasformazioni isobare

    Una trasformazione isobara avviene a pressione costante Es: un gas in un recipiente che si espande a pressione costante; in questo caso si ha assorbimento di calore e il sistema compie lavoro ∆Es= Q –p ∆V

 

Secondo principio della termodinamica

I fenomeni naturali presentano un verso privilegiato di reazione, quando avvengono spontaneamente:
1) Il lavoro si trasforma in calore;
2) Il calore non passa spontaneamente da un corpo più freddo ad un corpo piùcaldo.

È possibile far avvenire la reazione inversa di questi fenomeni ma occorre cedere calore ad un’altra sorgente ad una temperatura più bassa. È possibile trasferire del calore da un corpo “freddo”ad un corpo “caldo”, impiegando un certo lavoro.

 

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: | Lascia un commento

Passaggi di stato

Passaggi di stato.png

I passaggi di stato avvengono a temperatura costante in quella che è chiamata sosta termica. In questa sosta si deve attendere che tutto il materiale cambi di stato e solo successivamente la temperatura può variare ancora.
sosta-termica
Importante è definire il passaggio da vapore a gas.
Il gas è un vapore che ha raggiunto la temperatura critica oltre la quale non può essere più liquefatto.

Inoltre è importante definire l’ebollizione
Temperatura dove la pressione del liquido vince la tensione di vapore

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: | Lascia un commento

Equazioni dei gas

I gas sono definiti da tre grandezze T , V e P ovvero temperatura volume e pressione.

Esistono quattro leggi che gestiscono queste grandezze.

  • Legge di Boyle o Legge isoterma
    Un gas a temperatura costante si comporta in modo tale che P e volume siano inversamente proporzionali

    PV=K

  • Legge di Gay-Lussac 1° o Legge isobara
    Un gas a pressione costante si comporta in modo tale che Volume e Temperatura siano direttamente proporzionali

    V/T = K (T in K )               V= V o(1+α⋅T) alfa è una costante

  • Legge di Gay-Lussac 2° o Legge isocora

    Un gas a volume costante si comporta in modo tale che Pressione e Temperatura siano direttamente proprozionali

    P/T = K ( T in K)                          p= p o(1+α⋅θ)

la quarta legge è la legge dei gas perfetti. Un gas è perfetto quando l’interazione tra le molecole è assente, quando ha condizione di pressione temperatura e volume standard.

L’equazione dei gas perfetti riprende tutte e tre le leggi sopra indicate

PV=nRT
dove
P è pressione
V è volume
n è il numero di moli
R è una costante
T è temperatura in K

TEMPERATURA
La temperatura è l’indice dello stato di agitazione termica

Molte grandezze fisiche variano al variare della temperatura ƒ come :
-volume dei corpi
-pressione di un gas
-viscosità di un liquido
-resistenza elettrica

Per la misura della temperatura si usa un termometro:si tratta comunemente di un bulbo riempito di mercurio che può espandersi in un capillare di vetro

L’unità di misura del sistema internazionale per la temperatura è il C° o il K
Per trasformare i C° in K bisogna aggiungere 273,15

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , | Lascia un commento

Dinamica dei fluidi

Nel caso di un liquido ideale ( incomprimibile e privo di attrito interno ) in ogni punto di una sezione le particelle passano con la stessa velocità

Da questo possiamo inserire il concetto di portata
La portata è la quantità di fluido che passa attraverso una superficie in un’unità di tempo
Q=V/t = Svt/t = Sv
Dove
Q sta per portata
V volume
S superficie
t tempo
v velocità
sezioni

La portata rimane costante anche a superfici diverse. Quindi se la mia superficie aumenta la velocità diminuirà e viceversa

Quindi la portata è direttamente proporzionale a S e a v

Teorema di Bernoulli
L’equazione di Bernoulli spiega come in un fluido ideale per ogni aumento della velocità deriva una diminuizione della pressione o un cambiamento dell’energia potenziale del fluido.

½dv² + dgh + p = costante

Dove

d è la densità
v velocità
g pressione atmosferica
h altezza
p pressione del fluido

Quindi

Dove la sezione si restringe si ha un aumento della velocitàe una diminuzione della pressione; dove la sezione si allarga avviene il contrario.

Questo concetto è molto importante per i vasi sanguigni. Se si restringe l’area aumenta la velocità, se invece l’area si espande la velocità diminuisce.

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , | Lascia un commento

Leggi sui fluidi

Sui fluidi agiscono varie pressioni che determinano leggi particolari.
PRESSIONE
La pressione è il rapporto tra la forza applicata su un corpo e la sua superficie.
Quindi più la superficie è piccola più la pressione sarà alta.
(Ad esempio facciamo il confronto tra un uomo che cammina sulla neve con gli scarponi ( affonderà ) e un uomo che cammina sulla neve con le racchette )

P=F/S si misura in Pa ovvero Pascal

Altre unità di misura sono
1 bar = 10^5 Pa
1 atm = 10^5 Pa

Pressione in un punto del liquido
La pressione in un punto del liquido è uguale in ogni direzione su quel punto.
pressione.png
Legge di Stevino
Questa legge spiega che la pressione sul fondo esercitata da un liquido aumenta all’aumentare della colonna di liquido presente.
Ovvero più è profondo e più liquido c’è più la pressione sarà maggiore

P=gdh
Dove
P è la pressione misurata sempre il Pascal
g è la pressione atmosferica ( 9,81)
h è l’altezza del liquido

Quindi ad esempio se prendessimo una bottiglia di plastica e facessimo dei buchi ad altezze diverse vedremmo che dal buco più in basso uscirà acqua con maggiore pressione mentre in quello in alto il rivolo d’acqua sarà quasi impercettibile

stevino.png

Principio di Pascal
Se viene applicata una pressione in un punto di un fluido questa verrà trasmessa a tutto il fluido stesso.

Ad esempio se immergiamo una mano nell’acqua la pressione che stiamo esercitando farà in modo che il liquido si sposti in un’altra direzione.

Questo principio è usato nel torchio idraulico dove viene usata una supericie piccola per imprimere una pressione sul liquido che si sposta in un’altra direzione per sollevare una superficie più grande.

torchio

Esperienza di Torricelli
Torricelli decise di creare un esperimento adatto a misurare “ il peso dell’aria”.
Prese una bacinella riempita di mercurio e un tubicino lungo un metro anch’esso pieno di mercurio.
Poi girò il tubicino nella bacinella e aspettò qualche secondo.
Vide che il mercurio era sceso a un livello di 760mm Hg ( millimetri di mercurio)
Questo perchè?
Perchè la pressione esercitata dall’aria sulla superficie del mercurio della bacinella premeva il fluido quel tanto da far arrivare il mercurio nell tubicino a 760 mmHg.
Egli definì questo valore come pressione atmosferica.
torricelli.png
Infatti se andassimo in montagna a fare questo esperimento troveremmo un valore minore in quanto la pressione in montagna è inferiore a quella a livello del mare

La legge di Archimede

Archimede un giorno mentre stava facendo un bagno nella sua vasca ebbe un’illuminazione. Si sentì tirare verso l’alto da una forza che prima non aveva mai preso in considerazione e questa “ forza” che poi è una pressione la chiamò con il suo nome.

La spinta di Archimede è una spinta verso l’alto esercitata da un fluido su un corpo pari al volume del liquido spostato dal corpo immerso

Sa = d(liquido)v( corpo)g

dove
Sa è la spinta di Archimede
d è la densità del liquido
v è il volime del corpo immerso
g è la pressione atmosferica

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , , , | Lascia un commento

Leve

Le leve sono strumenti composti da :
Fm forza motrice ovvero che applica la forza
Fr forza resistente ovvero che si oppone alla forza
F fulcro punto in cui le due forze si uniscono

Ci sono tre tipi di leve :

Leve.png

Baricentro
Il baricentro è il punto di applicazione di tutte le forze agenti sul corpo.

Il baricentro di corpi di densità uniforme e di forma simmetrica ( es: sfere, cubi, dischi, anelli, etc.) coincide con il centro geometrico.

In altri casi deve essere calcolato o determinato sperimentalmente.

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , | Lascia un commento

Equilibrio dei corpi

Per un corpo puntiforme di massa m la condizione perché sia in equilibrio è che la risultante della forze che agiscono su di esso sia nulla.
Nel caso di corpi estesi questa condizione non è sufficiente.

Equilibrio di un corpo rigido
Un corpo rigido è un corpo solido di cui si possano trascurare le deformazioni elastiche sotto l’azione delle forze applicate. Se a un corpo rigido in quiete vengono applicate in due punti distinti due forze uguali e contrarie aventi la stessa linea d’azione il corpo rimane in equilibrio.
Se a un corpo rigido sono applicate più forze, le cui linee d’azione passano tutte per un punto, il loro effetto èquello della risultante applicata in quel punto.

Se il punto di applicazione è differente può succedere che il corpo non rimanga in equilibrio ma ruoti a causa della forza applicata
forze-su-un-corpo

Momento di una forza
Si chiama momento della forza F, applicata nel punto P, rispettoa un punto O il prodotto vettoriale: M= PO x F
La direzione del vettore M èperpendicolare al piano individuato dalla forza F e dal segmento PO.

Quindi un corpo rigido per rimanere in equilibrio deve avere :
-somma delle forze agenti = 0
-momento della forza = 0

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , , | Lascia un commento

Quantità di moto urti e impulso

QUANTITA’ DI MOTO

Si definisce quantità di moto il vettore prodotto tra uno scalare e un vettore :
q = mv

Dove
q è la quantità di moto
m è la massa ( NON PESO )
v è la velocità vettoriale

La sua unità di misura è kg*m/s

ATTENZIONE se ho più oggetti la quantità di moto totale è la somma delle quantità di moto singole per oggetto

Dato un sistema di due corpi 1 e 2, la quantità di moto del sistema è: p = p1+ p2

Se i due corpi interagiscono tra loro nel senso che esercitano uno sull’altro forze uguali e contrarie per un tempo t ( ad esempio a causa di una collisione) sui due corpi si hanno due impulsi uguali e di segno opposto che determinano variazioni delle quantitàdi moto opposte. Si ha perciò una variazione della quantitàdi moto del sistema uguale a zero.

IMPULSO

Dal concetto di quantità di moto possiamo passare all’impulso
Se una forza F è applicata a un corpo per un tempo t il corpo passa da una velocità v a una velocità v’con un’accelerazione media:
a = ( v’–v )/ ∆t
Se F èl a forza media applicata nel tempo t si ha:
F = m ( v’–v)/ ∆t

da cui:
F*∆t= mv’–m v

F*∆t= impulso
mv’–m v = ∆q

Quindi possiamo dire che l’impulso è pari alla variazione di quantità di moto

URTI

dalla quantità di moto si può parlare anche di urto.
Prima e dopo la collisione dei due corpi la quantità di moto non varia.
Esistono due tipi di urti :
-Elastico dopo l’urto i due corpi continuano per strade diverse, si conserva l’energia e la quantità di moto

-Anelastico dopo l’urto i due corpi si muovo insieme come fusi, si conserva la quantità di moto ma non l’energia

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , , | Lascia un commento

Potenza e rendimento

POTENZA
La potenza è il rapporto tra il lavoro svolto e il tempo impiegato per svolgerlo :
potenza
Si misura in Watt

RENDIMENTO
Il rendimento di un sistema è il rapporto tra il lavoro prodotto e l’enegia impiegata.
Il rendimento è un numero che varia tra 0 e 1. Non è mai 1 perchè solo le macchine ideali possono raggiungere un rendimento di uno in quanto non ci dovrebbe essere dissipamento di energia durante il funzionamento della macchina
R = L/E
Dove:
R è il rendimento
L è il lavoro
E è l’energia

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: , | Lascia un commento

Conservazione energia

In assenza di forze dissipative la somma dell’energia cinetica e dell’energia potenziale è costante.

Riprendendo il teorema dell’energia cinetica che diceva che il lavoro compiuto è uguale alla variazione di energia cinetica

LAB= KB–K A( variazione dell’energia cinetica)
E riprendendo anche il teorema sull’energia potenziale
LAB= UA–U B( differenza di energia potenziale)

Possiamo dire che :
U+K = costante
KA+UA =KB+UB = costante = E

Conservazione energia meccanica :

Durante la caduta l’energia potenziale del corpo si trasforma in energia cinetica

  • Energia potenziale all’inizio:
    U0= m g h0
  • Durante la caduta l’energia sarà:
    m g h + ½mv^2 = U0
  • Al termine l’energia sarà:
    ½mv^2 = U0

conservazioen-energia-meccanica

Categorie: Fisica, Uncategorized | Tag: | Lascia un commento

Blog su WordPress.com.