Calore ed energia. Equivalente termico della caloria

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Calore ed energia. Equivalente termico della caloria

venerdì, Gennaio 7th, 2022

calore,energia,mulinello di joule — **Fig. 1. Immagine tratta da Treccani.it**

Come è noto, in presenza di forze non conservative viene violato il principio di conservazione dell'energia meccanica e al tempo stesso si realizzano processi di altra natura (differenza di temperatura, etc.) a cui possiamo associare una qualche forma di energia tale da poter enunciare il principio di conservazione dell'energia ove il termine "energia" è inteso in senso totale, cioè somma dell'energia meccanica e delle altre forme coinvolte.

Tale argomentazione è in stridente contrasto con l'ipotesi del flusso calorico, secondo cui il calore è un flusso che si trasmette da un corpo ad un altro per effetto di una differenza di temperatura, ed manifestamente conservativo. Infatti, se consideriamo il moto di un corpo su una superficie scabra, si misurerà una certa quantità di calore prodotta che distruggerebbe il carattere conservativo del flusso calorico.

Dobbiamo quindi abbandonare l'ipotesi del flusso calorico che in ogni caso, è in accordo con i dati sperimentali per ciò che riguarda la trasmissione del calore.

In presenza di processi meccanici dissipativi, che danno luogo a una certa quantità di calore Q, denotiamo con L il lavoro meccanico svolto. Sperimentalmente (esperienza di Joule) si è visto che

Cioè, per qualunque valore del lavoro L, il rapporto tra L e la corrispondente quantità Q di calore prodotto, è una costante. Definiamo, dunque:

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Trasformazioni reversibili. Lavoro

giovedì, Gennaio 6th, 2022

lavoro,trasformazioni reversibili — **Fig. 1.**

In seguito ad una trasformazione, un sistema termodinamico può compiere lavoro che nel caso di trasformazioni reversibili, può essere calcolato attraverso le variabili di stato. Per convenzione, si assume positivo il lavoro eseguito dal sistema sui corpi che compongono l'ambiente esterno, e negativo il lavoro subìto dal sistema. Ciò è un retaggio storico nel senso che la termodinamica si sviluppò per la realizzazione delle macchine termiche. A titolo di esempio, consideriamo un gas contenunto in un cilindro chiuso da un pistone di superficie S (fig. 1).

Se P è la pressione esercitata dal gas sulla superficie del pistone, si ha che la forza è F=PS. In seguito a uno spostamento Δl sufficientemente piccolo in modo da poter ritenere F costante, si ha che il lavoro svolto da tale forza è

Passando a quantità infinitesime:

Per uno spostamento finito del pistone, dobbiamo integrare tra un volume iniziale V_A a un volume finale V_B e ovviamente dobbiamo conoscere l'espressione analitica della funzione P=f₁(V) cioè come varia la pressione in funzione del volume. Supponendo nota tale relazione, si ha

avendo denotato con A e B gli estremi del grafico della funzione f₁(V) tracciata nel piano PV (piano di Clapeyron), come in fig. 2. Dall'interpretazione geometrica delll'integrale definito, si ha che L_AB=misR_AB, dove