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MetS
01-06-2006, 14:32
PRIMA LEGGE DELLA TERMODINAMICA<br><br>Ogni sostanza contiene in sé una certa energia, cioè la capacit&agrave; di produrre un lavoro. Ad esempio un martello ha un'energia quando è in stato di riposo, ma quando viene utilizzato per battere un chiodo trasformiamo questa energia in lavoro meccanico; anche un gas che si dilata, facendo muovere un pistone, trasforma la sua energia potenziale in lavoro meccanico; alcune sostanze sono radioattive, ad esempio l'uranio, ed emettono spontaneamente energia sotto varie forme (particelle subnucleari, radiazioni gamma, etc.) che può essere anch'essa sfruttata per compiere un lavoro; le reazioni chimiche, trasformando un composto in un altro, producono anch'esse del lavoro, per esempio le reazioni che avvengono in una pila producono energia elettrica che può accendere una lampadina (energia luminosa), o muovere un motore (energia meccanica) o riscaldare una resistenza (energia termica). Come si vede l'energia può essere di vario tipo: meccanica, elettrica, radiante, termica, luminosa, etc., ma è importante notare che tutte queste forme di energia sono intercambiabili, ovvero si possono trasformare da un tipo in un altro. Questo dipende appunto dal fatto che ogni sostanza gi&agrave; contiene in sé una certa energia potenziale che può essere sfruttata a seconda del lavoro che si intende compiere. Vediamo però che in un sistema isolato l'energia non va mai persa ma viene trasformata in un altro tipo, comprendendo fra le varie forme di energia anche il lavoro stesso.<br><br>Proprio in questo consiste la prima legge della termodinamica, nota anche come principio della conservazione dell'energia, intendendo che:<br><br><b>l'energia non può essere né creata né distrutta ma solo trasformata in un altro tipo.</b><br><br>Il calore è una forma di energia e, poiché è facilmente misurabile, gli altri tipi di energia possono essere determinati dalla variazione di temperatura che si ottiene trasformandoli per l'appunto in calore. In questo modo si potr&agrave; rilevare chi, o che cosa, fornisce energia e quindi è in grado di produrre lavoro. Innanzitutto bisogner&agrave; dare alcune definizioni di base per poter comprendere chiaramente le varie implicazioni della termodinamica, soprattutto riferite alle trasformazioni (reazioni) chimiche.<br><br>SISTEMA : consiste di materia che è in grado di subire una trasformazione. Una definizione completa include la materia, la pressione, il volume e la temperatura<br><br>AMBIENTE : è qualsiasi cosa in contatto col sistema che può influenzare il suo stato<br><br>PROCESSO : è ogni cambiamento che avvenga in un sistema, comprendente talvolta anche l'ambiente<br><br>Un sistema si dice aperto se vi è un trasferimento sia di energia (calore) sia di materia, mentre un sistema è chiuso se vi avvengono solo variazioni di energia che può anche essere trasmessa all’ambiente sotto forma di calore.<br><br>Ad esempio una cellula è un sistema aperto, in quanto i processi che avvengono al suo interno producono variazioni di energia ma vi è inoltre un continuo trasferimento di materia attraverso la membrana cellulare. Al contrario un gas che si espanda o si contragga in un pistone che non sia collegato con l'esterno produce lavoro senza che vi sia uno scambio di materia con l'ambiente e questo è perciò un tipico sistema chiuso. È però da notare che nel pistone di un motore a scoppio vi è invece un trasferimento di materia (la miscela che subisce la combustione e i gas combusti che vengono successivamente espulsi) per cui anche questo è un sistema aperto.<br><br>Se in un sistema non vi sono scambi né di energia né di materia, esso si dice isolato: un tipico sistema isolato è l'universo stesso.<br><br>Stabiliamo prima di tutto un principio universale:<br><br>Se due sistemi, o un sistema e il suo ambiente, sono alla stessa temperatura essi vengono detti in EQUILIBRIO TERMICO, e se due sistemi hanno la stessa temperatura di un terzo, anche i primi due hanno uguale temperatura.<br><br>Questo principio è così ovvio da sembrare addirittura banale, ma è molto importante perché sottolinea l'uniformit&agrave; delle scale della temperatura, indipendentemente dai sistemi a cui si riferisce e viene quindi definito talvolta come legge zero della termodinamica. Infatti questo principio ci dice che la scala di temperatura è universale e indipendente dalla composizione del sistema.<br><br>Un altro modo per definire invece la prima legge della termodinamica, che come abbiamo detto riguarda la conservazione dell'energia, è il seguente:<br><br> in un sistema isolato, adiabatico (cioè senza scambio di calore), l'energia totale U resta costante.<br><br>Però è molto difficile, se non impossibile, essere in presenza di un sistema isolato, e non è facile (anche se non impossibile) rispettare le condizioni di adiabaticit&agrave;, pertanto le normali reazioni chimiche e biochimiche avvengono generalmente con scambi di calore e di lavoro coll'ambiente esterno. In questi casi, ossia in un sistema che produca lavoro e scambi calore (ma non materia) con il suo ambiente, una variazione di energia DU è la differenza tra il calore scambiato, Dq, e il lavoro effettuato, DW:<br><br> (1) DU = Dq – DW<br><br>NB: Il segno negativo indica che il lavoro è stato effettuato dal sistema<br><br>MetS<br><br><br>Fonte: <a href="http://users.unimi.it/chemeet/pace9/pace9_1.html" target="_blank">http://users.unimi.it/chemeet/pace9/pace9_1.html</a>