La prima legge della termodinamica. Energia interna, calore

Uno degli aspetti caratteristici della considerazione termodinamica dei fenomeni è quello di isolare dall'insieme dei corpi in interazione un corpo, che viene chiamato sistema oggetto di studio, mentre i rimanenti corpi sono chiamati ambiente esterno o corpi esterni. In questo metodo, tutta l'attenzione è rivolta al sistema selezionato; i suoi confini geometrici sono spesso scelti in modo condizionale e tale da essere convenienti per risolvere il problema in esame. Si presuppone che il sistema sia a riposo, quindi i cambiamenti di energia in esso sono ridotti interamente a cambiamenti nella sua energia interna. L'interazione con i corpi esterni si stabilisce nella forma più generale: tra il sistema e i corpi esterni è possibile il trasferimento di energia sotto forma di calore e lavoro.

La Figura 2.5 mostra schematicamente il sistema oggetto di studio e gli enti esterni II e III. Il sistema è posto in un cilindro con fondo e pistone mobile A A. Lascia che le pareti e il pistone del cilindro siano adiabatici, ma il fondo del cilindro è permeabile al calore. Allora, ovviamente, il sistema I selezionato è in contatto termico con il corpo II (con questo corpo è possibile lo scambio di calore), mentre con il corpo III è in contatto meccanico (lo scambio di energia con questo corpo è possibile attraverso il lavoro svolto quando il pistone si muove ). Nella figura, le frecce mostrano che una quantità elementare di calore entra nel sistema dal corpo II, mentre il sistema, compiendo un lavoro elementare sul corpo III, gli cede energia. Il risultato è un cambiamento

energia interna del sistema Secondo il diagramma mostrato in Figura 2.5,

L'equazione scritta esprime la prima legge della termodinamica: la quantità di calore ricevuta dal sistema dai corpi circostanti va a modificare la sua energia interna e a compiere lavoro sui corpi esterni.

Bisogna tenere presente che le quantità sono algebriche, è generalmente accettato che se il sistema riceve questo calore, e se il sistema lavora su corpi esterni, trasferendo loro energia. Nell'interpretare l'equazione (17.1), per semplicità si è detto che questo è il calore ricevuto - lavoro perfetto. Ma nel caso generale, un corpo può cedere calore, quindi o ricevere energia attraverso il lavoro

In un sistema racchiuso in un guscio adiabatico i processi non sono accompagnati da scambio termico con i corpi circostanti; tali processi sono detti adiabatici. Per processi adiabatici e secondo quest'ultima espressione si intende quanto segue: il lavoro in un processo adiabatico avviene a causa di una diminuzione dell'energia interna. Se (i corpi esterni lavorano sul sistema), allora (l'energia interna del sistema aumenta).

Se l'involucro del sistema è rigido (isolamento meccanico), il lavoro meccanico per eventuali modifiche al sistema è zero. Tali processi sono chiamati isocori (isocori), per loro Pertanto, con i cambiamenti isocori in un sistema, la sua energia interna cambia solo a causa del calore fornito o rimosso.

Va notato un'altra caratteristica dell'equazione (17.1): esiste un differenziale dell'energia interna del corpo in esame e le quantità rappresentano valori elementari (piccoli) di calore e lavoro; (vedi Fig. 2.5) - la quantità elementare di calore trasferita dal corpo II al corpo il lavoro del corpo I sul corpo III. In questo caso il corpo II può scambiare energia con più altri corpi, motivo per cui, in generale, non può trattarsi di un differenziale dell'energia del secondo corpo. Per il sistema in studio esiste una parte e quindi non può nemmeno esserci un differenziale completo di qualsiasi funzione dello stato del sistema in studio. Anche il lavoro elementare che determina lo scambio di energia tra il sistema ed il terzo corpo non è un differenziale completo.

Quando si determina il cambiamento finale nello stato del sistema dovuto alla sua transizione dallo stato 1 allo stato 2, l'espressione

(17.1) integrare lungo la linea di transizione oppure, che è lo stesso:

L'ultima uguaglianza esprime la prima legge della termodinamica per cambiamenti finiti nel sistema. Secondo quanto sopra, questi sono i valori finali di calore e lavoro (ma non l'incremento di nulla), il valore è un incremento dell'energia interna.

Come affermato in precedenza (§ 16, 13), essa non dipende, ma dipende dal tipo di processo (sul percorso di transizione del sistema dallo stato iniziale allo stato finale). A questo proposito, dall'equazione (17.2) segue che dipende anche dal tipo di processo.

Se, al variare dello stato del sistema, varia la sua temperatura dividendo la (17.2) per otteniamo:

Rapporto: determina la capacità termica del sistema. Le transizioni tra due stati possono avvenire in modo tale che la variazione di temperatura sarà la stessa, ma i valori per le diverse transizioni saranno diversi (per lavoro diverso). Ne consegue che anche la capacità termica del sistema (17.3) sarà dipendono dal tipo di processo.

Lavoro compiuto da una massa arbitraria m gas ideale durante l'espansione adiabatica:

.

Un processo in cui p e V sono legati dalle seguenti relazioni è chiamato politropico:

dove n è l'indice politropico, assumendo qualsiasi valore compreso tra -¥ e +¥.

Lavoro compiuto da un gas ideale durante una trasformazione politropica:

Processo reversibile- Questo è un processo che procede in modo tale che dopo il suo completamento il sistema può essere riportato al suo stato originale e non si verificheranno cambiamenti nell'ambiente che circonda il sistema.

Processo irreversibile- Questo è un processo che avviene in modo tale che dopo il suo completamento il sistema non può essere riportato al suo stato originale senza cambiamenti nell'ambiente.

Processo circolare (ciclo) - Questa è una sequenza di trasformazioni a seguito delle quali il sistema, dopo aver lasciato uno stato iniziale, vi ritorna nuovamente.

Qualsiasi processo circolare è costituito da processi di espansione e contrazione. Il processo di espansione è accompagnato dal lavoro svolto dal sistema, mentre il processo di compressione è accompagnato dal lavoro svolto sul sistema dalle forze esterne. La differenza tra queste opere è pari al lavoro di questo ciclo.

Se il lavoro durante l'espansione è maggiore del lavoro durante la compressione, tale processo (ciclo) viene chiamato diretto. Altrimenti, il contrario.

Efficienza nei processi circolari (caratteristica dell’efficienza del ciclo) - una quantità fisica pari al rapporto tra il lavoro del ciclo e il lavoro che potrebbe essere compiuto convertendo in esso l'intera quantità di calore fornita al sistema:

Il ciclo di Carnot è costituito da due processi isotermi e due adiabatici.

Efficienza del ciclo di Carnot ( Efficienza)

L'efficienza del ciclo di Carnot non dipende dalla natura della sostanza, ma dipende solo dalle temperature alle quali il calore viene impartito al sistema e da esso rimosso.

L'efficienza della macchina di refrigerazione ( frigorifero)

Nota. Oltre al ciclo di Carnot, la termodinamica tecnica utilizza il ciclo Otto, costituito da due processi adiabatici e due isocori, e il ciclo Diesel, costituito da due processi adiabatici, isocori e isobari.

L'entropia è una quantità fisica, la cui variazione elementare durante la transizione di un sistema da uno stato all'altro è uguale alla quantità di calore ricevuto o ceduto divisa per la temperatura alla quale si è verificato questo processo:

Relazione tra entropia di un sistema e probabilità termodinamica (relazione di Boltzmann):

dove k è la costante di Boltzmann.

La variazione di entropia di un sistema durante la transizione da uno stato all'altro:

,

Variazione di entropia del sistema durante una trasformazione isoterma:

.

Variazione di entropia del sistema durante una trasformazione isobarica:

Variazione di entropia del sistema durante una trasformazione isocora:

.

Variazione di entropia del sistema durante una trasformazione adiabatica:

DS = 0, .

Variazione di entropia di un sistema che esegue un ciclo di Carnot:

dove DS p è la variazione di entropia del fluido di lavoro;

DS n, DS x - variazione di entropia del riscaldatore e del frigorifero;

DS pr - variazione di entropia del “consumatore di lavoro”.

Se il sistema esegue un ciclo di Carnot reversibile l'entropia di un sistema chiuso non cambia:

DS arr = 0, oppure S arr = cost.

Se il sistema subisce un ciclo di Carnot irreversibile l’entropia di un sistema chiuso aumenta:

DS>0; ; .

Per i processi arbitrari che si verificano in un sistema chiuso, L'entropia del sistema per tutti i processi che si verificano in esso non può diminuire:

DS ³ 0 o ,

dove il segno di “uguaglianza” è valido per i processi reversibili e il segno di “disuguaglianza” è valido per i processi irreversibili.

Seconda legge della termodinamica : « In un sistema isolato sono possibili solo quei processi in cui l'entropia del sistema aumenta oppure è impossibile un processo il cui unico risultato è la conversione del calore ricevuto dal riscaldatore in lavoro»:

Potenziali termodinamici- alcune funzioni di volume V, pressione p, temperatura T, entropia S, numero di particelle del sistema N e altri parametri macroscopici x che caratterizzano lo stato del sistema termodinamico:

UN) Energia interna - l'energia del sistema, a seconda del suo stato interno. È una funzione unica delle variabili indipendenti che determinano questo stato, ad esempio la temperatura T e il volume V (o pressione p):

U = U (S, V, N, x).

Variazione dell'energia interna del sistema DUè determinato solo dai suoi valori negli stati iniziale e finale:

;

B) entalpia(contenuto di calore) caratterizza lo stato di un sistema macroscopico in equilibrio termodinamico scegliendo l'entropia S e la pressione p come principali variabili indipendenti:

H = H(S, p, N, x).

Entalpia del sistema pari alla somma delle entalpie delle sue parti costituenti.

Relazione tra entalpia ed energia interna U del sistema:

dove V è il volume del sistema.

Differenziale entalpico totale ( con N e x costanti)sembra

.

Relazione tra entalpia e temperatura, volume e capacità termica ( a pressione costante)sistemi:

; ; Cp = (dH/dt).

Variazione di entalpia (DH)è uguale alla quantità di calore che viene impartita al sistema o rimossa da esso a pressione costante, pertanto i valori di H caratterizzano gli effetti termici delle transizioni di fase (fusione, ebollizione, ecc.), reazioni chimiche e altri processi che si verificano a pressione costante;

c) energia libera- uno dei nomi del potenziale termodinamico isocoro-isotermo o energia di Helmholtz. Rappresenta quella parte dell'energia interna del sistema che viene convertita in lavoro esterno durante i processi isotermici reversibili F = F(V, T, N, x):

dove TS è l'energia legata.

Energia vincolata rappresenta quella parte dell’energia interna che non può essere trasferita sotto forma di lavoro durante una trasformazione isoterma:

Modifica ( diminuire)Energia libera nei processi isotermici irreversibili determina la massima quantità di lavoro che il sistema può svolgere:

; ;

G) Energia di Gibbs - potenziale isobarico-isotermico, entalpia libera, funzione caratteristica di un sistema termodinamico con parametri indipendenti p, T e N - G. In un processo di equilibrio isotermo, a pressione costante, la perdita di energia di Gibbs del sistema è pari a il lavoro totale del sistema meno il lavoro contro la pressione esterna (cioè pari al valore massimo del lavoro “utile”):

G = G(p, T, N, x); .

Relazione tra energia di Gibbs ed energia libera:

e) potenziale chimico- una quantità fisica pari all'energia di Gibbs di una singola particella.

Terza legge della termodinamica(Teorema di Nernst): " Variazione dell'entropia del sistema(DS) per qualsiasi processo isotermico reversibile che si verifica tra due stati di equilibrio a temperature prossime allo zero assoluto, tende a zero. Una sequenza di processi termodinamici non può raggiungere una temperatura pari allo zero assoluto.»:

Termodinamica dei processi di non equilibrio- teoria generale della descrizione macroscopica dei processi di non equilibrio. Il compito principale della termodinamica dei processi di non equilibrio è lo studio quantitativo di questi processi per stati che non sono molto diversi dallo stato di equilibrio.

Legge di conservazione della massa:

,

dove r è la densità del sistema multicomponente;

v- velocità idrodinamica del mezzo (velocità media di trasferimento di massa), dipendente dalle coordinate e dal tempo;

R v- flusso di massa.

Legge di conservazione della massa per la concentrazione di qualsiasi componente:

,

dove c k è la concentrazione del componente;

rk - densità dei componenti;

r è la densità del mezzo;

J k = r k (v k - v) - flusso di diffusione;

v k è la velocità idrodinamica (velocità media di trasferimento di massa) del componente.

Legge di conservazione della quantità di moto: una variazione della quantità di moto di un volume elementare può verificarsi a causa di forze causate dal gradiente delle tensioni interne nel mezzo Pa, b e di forze esterne F K.

Legge di conservazione dell'energia rappresenta la prima legge della termodinamica nella termodinamica dei processi di non equilibrio.

Equazione del bilancio dell’entropia: « Nella termodinamica dei processi di non equilibrio, si accetta che l'entropia di un volume elementare sia la stessa funzione dell'energia interna, del volume specifico e della concentrazione di uno stato di completo equilibrio»:

,

dove s è il tasso di aumento dell'entropia;

r è la densità della sostanza;

s è l'entropia del volume elementare (entropia locale);

J s è la densità del flusso di entropia.

Per i sistemi, comprese le creature, i processi termici (assorbimento o rilascio di calore) sono importanti. Secondo la prima legge della termodinamica, termodinamica. un sistema (ad esempio il vapore in un motore termico) può eseguire lavoro solo grazie al suo interno energia o s.l. est. fonte d'energia. La prima legge della termodinamica è spesso formulata come l'impossibilità dell'esistenza di una macchina a moto perpetuo del primo tipo, che compirebbe lavoro senza attingere energia da una determinata fonte.

P La prima legge della termodinamica introduce l'idea dell'energia interna di un sistema come funzione di stato. Quando una certa quantità di calore Q viene comunicata al sistema, si verifica un cambiamento all'interno. energia del sistema DU e il sistema esegue il lavoro A:

DU = Q + A.

P La prima legge della termodinamica afferma che ogni stato di un sistema è caratterizzato da un certo valore interno. energia U, indipendentemente da come il sistema viene portato in questo stato. A differenza dei valori U, i valori A e Q dipendono dal processo che ha portato al cambiamento dello stato del sistema. Se gli stati iniziale e finale a e b sono infinitamente vicini (le transizioni tra tali stati sono chiamate processi infinitesimi), la prima legge della termodinamica si scrive come:

Ciò significa che un cambiamento infinitesimale nell'interno l'energia dU è il differenziale totale della funzione di stato,quelli. integrale = U b - U a, mentre quantità infinitesimali di calore e lavoro non sono differenziali. quantità, cioè gli integrali di queste quantità infinitesime dipendono dal percorso scelto di transizione tra gli stati a e b (a volte sono chiamati differenziali incompleti).

Dalla quantità totale di lavoro prodotto da un sistema di volume Y, possiamo individuare il lavoro di un'isoterma reversibile. espansione sotto l'influenza esterna pressione pe uguale a p e V, e tutti gli altri tipi di lavoro, ciascuno dei quali può essere rappresentato dal prodotto di una certa forza generalizzata che agisce sul sistema dall'ambiente mediante una coordinata generalizzata xi, cambiando sotto l'influenza della corrispondente forza generalizzata . Per un processo infinitesimale

P La prima legge della termodinamica ci permette di calcolare il massimo. lavoro ottenuto in isoterma espansione di un gas ideale, isoterma. evaporazione del liquido a costante pressione, stabilire leggi adiabatiche. espansione dei gas, ecc. La prima legge della termodinamica è la base della termochimica, che considera i sistemi in cui il calore viene assorbito o rilasciato a seguito di reazioni chimiche. r-zioni, trasformazioni di fase. o dissoluzione (diluizione di soluzioni).

Se un sistema scambia con l'ambiente non solo energia, ma anche sostanze (vedi Sistema aperto), si verifica un cambiamento interno. l'energia del sistema durante la transizione dallo stato iniziale allo stato finale comprende, oltre al lavoro A e al calore Q, anche il cosiddetto. energia di massa Z. Una quantità infinitesima di energia di massa in un processo infinitesimale è determinata dalla sostanza chimica. potenziali m k di ciascuno dei componenti del sistema:= , dove dN k è una variazione infinitesima del numero di moli del componente k-esimo in seguito allo scambio con l'ambiente.

Nel caso di quasi-statico processo, in cui il sistema è in equilibrio con l'ambiente in ogni momento del tempo, ha traccia della prima legge della termodinamica in forma generale. stuoia. espressione:

dove p e m k sono uguali ai valori corrispondenti per

Il processo termodinamico si chiama reversibile, se può verificarsi sia nella direzione in avanti che in quella inversa, e se tale processo avviene prima nella direzione in avanti e poi in quella inversa e il sistema ritorna al suo stato originale, allora non si verificano cambiamenti nell'ambiente e in questo sistema .

Qualsiasi processo che non soddisfa queste condizioni lo è irreversibile.

Qualsiasi processo di equilibrio è reversibile. La reversibilità del processo di equilibrio che si verifica nel sistema deriva dal fatto che qualsiasi suo stato intermedio è uno stato di equilibrio termodinamico; indipendentemente dal fatto che il processo sia in avanti o indietro. I processi reali sono accompagnati da dissipazioni di energia (dovute all'attrito, alla conduttività termica, ecc.), che non consideriamo. I processi reversibili sono un'idealizzazione dei processi reali. La loro considerazione è importante per 2 ragioni ragioni: 1) molti processi in natura e tecnologia sono praticamente reversibili; 2) i processi reversibili sono i più economici; avere un'efficienza termica massima, che consente di indicare modi per aumentare l'efficienza dei motori termici reali.

Il lavoro di un gas quando varia il suo volume.

Il lavoro viene svolto solo quando il volume cambia.

Troviamo in forma generale il lavoro esterno compiuto da un gas al variare del suo volume. Consideriamo, ad esempio, un gas situato sotto un pistone in un recipiente cilindrico. Se un gas, espandendosi, sposta il pistone di una distanza infinitesima dl, allora lavora su di esso

A=Fdl=pSdl=pdV, dove S è l'area del pistone, Sdl=dV è la variazione di volume del sistema. Pertanto, A= pdV.(1)

Troviamo il lavoro totale A compiuto dal gas quando il suo volume cambia da V1 a V2 integrando la formula (1): A= pdV(da V1 a V2).(2)

Il risultato dell'integrazione è determinato dalla natura della relazione tra pressione e volume del gas. L'espressione (2) trovata per il lavoro è valida per eventuali variazioni di volume di corpi solidi, liquidi e gassosi.

P

Il lavoro totale del gas sarà pari all'area della figura delimitata dall'asse delle ascisse, dalla curva e dai valori V1, V2.

Il lavoro prodotto da un particolare processo può essere rappresentato graficamente utilizzando una curva in coordinate p, V.

Solo i processi di equilibrio possono essere rappresentati graficamente: processi costituiti da una sequenza di stati di equilibrio. Procedono in modo tale che la variazione dei parametri termodinamici in un periodo finito di tempo è infinitamente piccola. Tutti i processi reali sono in non equilibrio (procedono a una velocità finita), ma in alcuni casi il loro non equilibrio può essere trascurato (più il processo procede lentamente, più si avvicina all'equilibrio).

La prima legge della termodinamica.

Esistono 2 modi per scambiare energia tra corpi:

trasferimento di energia tramite trasferimento di calore (tramite trasferimento di calore);

attraverso lo svolgimento del lavoro.

Pertanto, possiamo parlare di 2 forme di trasferimento di energia da un corpo all'altro: lavoro e calore. L'energia del movimento meccanico può essere convertita nell'energia del movimento termico e viceversa. Durante queste trasformazioni si osserva la legge di conservazione e trasformazione dell'energia; in relazione ai processi termodinamici, questa legge è la prima legge della termodinamica:

∆U=Q-A o Q=∆U+A .(1)

Cioè, il calore impartito al sistema viene speso per modificare la sua energia interna e compiere lavoro contro le forze esterne. Questa espressione in forma differenziale sarà simile a Q=dU+A (2) , dove dU è una variazione infinitesima dell'energia interna del sistema, A è il lavoro elementare, Q è una quantità infinitesima di calore.

Dalla formula (1) segue che nel SI la quantità di calore è espressa nelle stesse unità di lavoro ed energia, cioè in joule (J).

Se il sistema ritorna periodicamente al suo stato originale, la variazione della sua energia interna è ∆U=0. Quindi, secondo la 1a legge della termodinamica, A=Q,

Cioè, una macchina a moto perpetuo del primo tipo - un motore che funziona periodicamente che farebbe più lavoro dell'energia impartitagli dall'esterno - è impossibile (una delle formulazioni della 1a legge della termodinamica).

Applicazione del 1° principio della termodinamica agli isoprocessi e al processo adiabatico.

Tra i processi di equilibrio che si verificano con i sistemi termodinamici spiccano gli isoprocessi, nei quali uno dei principali parametri di stato rimane costante.

Processo isocoro (V= cost)

Con questo processo il gas non compie lavoro sui corpi esterni, cioè A=pdV=0.

Quindi, dal 1° principio della termodinamica segue che tutto il calore ceduto al corpo va ad aumentare la sua energia interna: Q=dU. Sapendo che dU m =C v dT.

Quindi per una massa di gas arbitraria otteniamo Q= dU=m\M* C v dT.

Processo isobarico (P= cost).

In questa trasformazione il lavoro compiuto dal gas con un aumento di volume da V1 a V2 è pari a A= pdV(da V1 a V2)=p(V2-V1) ed è determinato dall'area della figura limitato dall'asse delle ascisse, dalla curva p=f(V) e dai valori di V1, V2. Se ricordiamo l'equazione di Mendeleev-Clapeyron per i 2 stati che abbiamo scelto, allora

pV 1 =m\M*RT 1, pV 2 =m\M*RT 2, da cui V 1 - V 2 = m\M*R\p(T 2 - T 1). Allora l'espressione del lavoro di espansione isobarica assumerà la forma A= m\M*R(T 2 - T 1) (1.1).

In un processo isobarico, quando a un gas di massa m viene impartita una quantità di calore

Q=m\M*C p dT la sua energia interna aumenta della quantità dU=m\M*C v dT. In questo caso il gas compie il lavoro determinato dall'espressione (1.1).

Processo isotermico (T= cost).

Questo processo è descritto dalla legge Boyle-Mariotte: pV=const.

Troviamo il lavoro di espansione isoterma del gas: A= pdV(da V1 a V2)= m/M*RTln(V2/V1)=m/M*RTln(p1/p2).

Poiché a T=cost l’energia interna di un gas ideale non cambia: dU=m/M* C v dT=0, allora dal 1° principio della termodinamica (Q=dU+A) segue che per una trasformazione isoterma Q= A, cioè l'intera quantità di calore ceduta al gas viene spesa per compiere lavoro contro le forze esterne: Q=A=m/M*RTln(p1/p2)=m/M*RTln(V2

Di conseguenza, affinché la temperatura non diminuisca durante l'espansione del gas, è necessario fornire al gas una quantità di calore equivalente al lavoro esterno di espansione durante un processo isotermico.

Le leggi fondamentali che sono alla base della termodinamica sono chiamate principi. La termodinamica si basa su tre principi. Prima legge della termodinamicaè la legge di conservazione dell’energia per i processi termodinamici. In forma integrale, la formula della prima legge della termodinamica si presenta così:

che significa: la quantità di calore fornita ad un sistema termodinamico va a compiere lavoro sul sistema e a modificarne l'energia interna. Si concorda che se il calore viene fornito al sistema, allora è maggiore di zero ( title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="17" width="65" style="vertical-align: -4px;">) и если работу выполняет сама термодинамическая система, то она положительна ( title="Resi da QuickLaTeX.com" height="12" width="48" style="vertical-align: 0px;">).!}

La prima legge della termodinamica può essere rappresentata in forma differenziale, quindi la sua formula sarà:

dove è la quantità infinitesima di calore fornita al sistema; - funzionamento base del sistema; - piccola variazione dell'energia interna del sistema.

Se il sistema termodinamico in esame è un gas ideale, allora il lavoro da esso svolto è associato ad una variazione di volume (), in questo caso la formula della prima legge della termodinamica (in forma differenziale) può essere considerata l'espressione:

Va ricordato che la prima legge della termodinamica non indica la direzione in cui avviene un processo termodinamico. La formula del primo inizio riflette solo la modifica dei parametri di sistema se si verifica il processo. In termodinamica, la seconda legge ha il compito di indicare la direzione di un processo.

Formule del primo principio della termodinamica per i processi

Per un processo che avviene in una certa massa di gas a temperatura costante (processo isotermico), la formula della prima legge della termodinamica viene trasformata nella forma:

Dall'espressione (4) segue che tutto il calore che un sistema termodinamico riceve viene speso per compiere lavoro da questo sistema.

La formula del primo principio della termodinamica per una trasformazione isocora è l'espressione:

In una trasformazione isocora tutto il calore ricevuto dal sistema va ad aumentare la sua energia interna.

In una trasformazione isobara la formula del primo principio della termodinamica rimane invariata (3).

Il processo adiabatico si distingue per il fatto che avviene senza scambio di calore con l'ambiente. Nella formula della prima legge della termodinamica ciò si riflette come segue:

In una trasformazione adiabatica un gas funziona grazie alla sua energia interna.

Esempi di risoluzione di problemi sull'argomento "La prima legge della termodinamica"

ESEMPIO 1

Esercizio	La Figura 1 mostra le isoterme AB e CD. Trova il rapporto tra la quantità di calore () che la stessa massa di gas riceve nei processi I e II. Considera la massa di gas invariata nei processi.
Soluzione	Il processo I è isocoro. Per una trasformazione isocora scriviamo la prima legge della termodinamica come: Il processo II è isobarico, per cui la prima legge della termodinamica assume la forma: dove si utilizza l’equazione di stato di un gas ideale per una trasformazione isobarica e si considerano gli stati iniziale e finale del gas: Troviamo la relazione richiesta:
Risposta	=

ESEMPIO 2

Esercizio	Quale quantità di calore è stata impartita a un gas ideale monoatomico nella quantità di moli se con esso è stato effettuato il riscaldamento isobarico? La temperatura è passata a K.
Soluzione	La base per risolvere il problema è la prima legge della termodinamica, che per un processo isobarico scriviamo come: In una trasformazione isobarica il lavoro compiuto dal gas è: