» Esercizi svolti di Matematica e Fisica

Equazione di stato. Trasformazioni quasistatiche. Trasformazioni reversibili e irreversibili

L'equazione di stato di un sistema termodinamico è una relazione funzionale delle variabili di stato relative al sistema medesimo. Nel caso particolare di un sistema caretterizzato da pressione, volume e temperatura, si ha l'equazione di stato

ove si assume nota la funzione f. Tale equazione definisce implicitamente una superficie nello spazio degli stati (P,V,T) come mostrato in fig. 1.

Definizione
Dicesi trasformazione termodinamica un qualunque cambiamento di stato di un sistema termodinamico.

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Sistemi termodinamici. Equilibrio termodinamico. Variabili di stato

Introduzione

La termodinamica studia il comportamento termico della materia, prendendo le mosse dal seguente fatto sperimentale: molti processi fisici non possono essere spiegati attraverso l'ipotesi che il calore sia un fluido indistruttibile in grado di trasferirsi tra corpi a temperature diverse. Si pensi ad esempio, all'aumento di temperatura dovuto all'attrito. In tal caso si avrebbe una violazione della conservazione del fluido che modellizza il calore (in modo più semplice: si genera calore in assenza di una sorgente termica).

Sistemi termodinamici

Il procedimento standard utilizzato in Meccanica per lo studio dell'evoluzione temporale di un sistema a N particelle che consiste nel descrivere il comportamento dinamico di singola particella, perde di significato per N » 1, e tale disuguaglianza si realizza per sistemi macroscopici (si pensi a un gas). Si è però visto che proprio in virtù di un numero straordinariamente grande di particelle, sono sufficienti poche grandezze macroscopiche (pressione, volume, temperatura, etc.) per determinare univocamente il comportamento del sistema.

Chiameremo dunque, sistemi termodinamici tutti e soli i sistemi macroscopici descrivibili nel suddetto schema.

Equilibrio termodinamico

Supponiamo di avere una massa gassosa contenuta in un recipiente di volume V. Anche se inizialmente grandezze come temperatura, pressione, etc., non sono uniformi, dopo un tempo più o meno lungo, il sistema si porta verso una configurazione in cui tali grandezze sono uniformi e stazionarie (cioè conservano lo stesso valore in ogni "porzione" del sistema, e il valore non cambia nel tempo).

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