PDA

Visualizza la versione completa : La Seconda Legge della Termodinamica



MetS
02-06-2006, 18:02
Secondo principio della termodinamica (fonte wikipedia)<br><br><br>Il secondo principio della termodinamica, è legato alla termodinamica classica. Esso si fonda sull&#39;introduzione di una nuova funzione di stato, l&#39;entropia, e di due postulati che ne regolano le caratteristiche. Il secondo principio è fondamentale, in quanto stabilisce il verso delle interazioni termodinamiche, ovvero chiarisce il perchè una trasformazione avviene spontaneamente in un modo piuttosto che in un altro; basti pensare al calore che fluisce naturalmente da una sorgente più calda ad una più fredda: il viceversa è impossibile. Impossibilit&agrave;, questa, non deducibile affatto dal 1° principio della termodinamica.<br><br>Presenteremo due modi diversi di intendere il 2° principio:<br><br>Il primo (più rigoroso e matematico), che si basa su una valutazione quantitativa del 2° principio.<br>Il secondo, più pragmatico, che è legato ad una fenomenologia fisica attraverso la quale si manifesta il 2° principio.<br>Entrambi hanno un ruolo fondamentale per la comprensione del secondo principio.<br><br>Formulazione attraverso il Postulato Entropico<br>Volendo fornire una definizione meno fenomenologica e più concreta del secondo principio della termodinamica si ricorre al postulato entropico: si definisce ovvero l&#39;esistenza di una coordinata termodinamica (funzione di stato) detta entropia definendone le propriet&agrave;. Il postulato entropico assume la seguente forma:<br><br><img src="http://codeandmore.com/vbbtest/images/customimages/c547c228e6f3fc332e0d8711de72d8a9.jpg" alt="image"><br><br>Il fluire del lavoro attraverso la superficie non implica flusso entropico.<br><br><img src="http://codeandmore.com/vbbtest/images/customimages/379398effb0e2d0d9c5d1dc9d93bed6a.jpg" alt="image"><br><br><b>Formulazione attraverso gli enunciati di Clausius e Kelvin-Plank</b><br>Esistono molte formulazioni equivalenti di questo principio. Quelle che storicamente si sono rivelate più importanti sono:<br><br>nella formulazione di Clausius, si afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo.<br>Nella formulazione di Kelvin-Planck, si afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato preveda che tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea sia interamente trasformato in lavoro.<br>Non è possibile - nemmeno in linea di principio - realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.<br>Nella fisica moderna però la formulazione più ampiamente usata è quella che si basa sulla funzione entropia:<br><br>In un sistema isolato l&#39;entropia è una funzione non decrescente nel tempo.<br>Questo principio ha avuto, da un punto di vista storico, un impatto notevole. Infatti implicitamente sancisce l&#39;impossibilit&agrave; di realizzare il moto perpetuo cosiddetto di seconda specie e tramite la non reversibilit&agrave; dei processi termodinamici definisce una freccia del tempo.<br><br>Il secondo principio della termodinamica non è valido in ambito microscopico, come dimostra l&#39;esistenza dei moti browniani.<br><br>Equivalenza dei primi due enunciati<br>L&#39;equivalenza dell&#39;enunciato di Kelvin-Planck e di quello di Clausius si può mostrare tramite il seguente ragionamento per assurdo.<br>Nel seguito per brevit&agrave; e chiarezza indicheremo con Kelvin la proposizione corrispondente all&#39;enunciato di Kelvin, con non Kelvin la sua negazione, con Clausius la proposizione corrispondente all&#39;enunciato di clausius e con non Clausius la sua negazione.<br><br>Non Clausius implica non Kelvin (ovvero Kelvin implica Clausius)<br>Supponiamo che l&#39;enunciato di Clausius sia falso, ovvero che esista una macchina frigorifera ciclica in grado di trasferire calore da una sorgente fredda ad una calda, senza apporto di lavoro esterno.<br><br>Sia Q la quantit&agrave; traferita ad ogni ciclo della macchina.<br><br>Possiamo allora far lavorare una macchina termica tra le due sorgenti, in modo tale che essa sottragga ad ogni ciclo una quantit&agrave; di calore uguale Q dalla sorgente calda, trasferendo a quella fredda una quantit&agrave; Q&#39; e convertendo la differenza Q - Q&#39; in lavoro.<br><br>La sorgente calda allora non subisce alcun trasferimento netto di calore e pertanto il nostro sistema di macchine termiche sta estraendo calore, globalmente, dalla sola sorgente fredda, in violazione della formulazione di Kelvin-Plank del secondo principio.<br><br>Non Kelvin implica non Clausius (ovvero Clausius implica Kelvin)<br>Supponiamo ora di poter convertire integralmente in lavoro il calore, estratto per mezzo di una macchina ciclica da una sola sorgente S a temperatura costante.<br><br>Sia L tale lavoro estratto in un ciclo.<br><br>Allora possiamo prendere una seconda sorgente S&#39; a temperatura più alta e far funzionare una macchina frigorifera tra le due sorgenti, che assorba ad ogni ciclo il lavoro L prodotto dall&#39;altra macchina.<br><br>Si ha così un trasferimento netto di calore dalla sorgente fredda S alla sorgente calda S&#39;, in violazione dell&#39;enunciato di Clausius.<br><br><span class="edit">Edited by MetS-Energie - 12/12/2007, 07:17</span>

ElettroRik
02-06-2006, 18:51
<span style="color:red">-In fase di ampliamento-</span><br><br><div align="center"><div class="quote_top" align="left"><b>CITAZIONE</b> (MetS&#45;Energie @ 2/6/2006, 19:02)</div><div id="quote" align="left">Il secondo principio della termodinamica non è valido in ambito microscopico, come dimostra l&#39;esistenza dei moti browniani.</div></div><br>Negli ultimi anni si sono formate teorie, alcune anche molto solide, da cui sembra che anche negli esseri viventi si possa non rispettare questo principio ed anzi che gli esseri viventi emettano più ordine di quanto ne distruggono.<br><br>La controversia è comunque tutt&#39;ora in corso.<br><br>Una prima base di partenza da cui trarre ulteriori info:<br><a href="http://www.progettomeg.it/coherence2006.htm" target="_blank">U.Mastromatteo - Coherence 2006</a><br><br><span style="color:red">Modificato da eroyka il 06/06/06</span><br><br><span class="edit">Edited by eroyka - 6/6/2006, 21:38</span>

Isotopo
23-10-2009, 11:19
<span style="color:red">-In fase di ampliamento-</span><br><br><div align="center"><div class="quote_top" align="left"><b>CITAZIONE</b> (MetS-Energie @ 2/6/2006, 19:02)</div><div id="quote" align="left">Il secondo principio della termodinamica non è valido in ambito microscopico, come dimostra l'esistenza dei moti browniani.</div></div><br>Negli ultimi anni si sono formate teorie, alcune anche molto solide, da cui sembra che anche negli esseri viventi si possa non rispettare questo principio ed anzi che gli esseri viventi emettano più ordine di quanto ne distruggono.<br><br>La controversia è comunque tutt'ora in corso.<br><br>Una prima base di partenza da cui trarre ulteriori info:<br><a href="http://www.progettomeg.it/coherence2006.htm" target="_blank">U.Mastromatteo - Coherence 2006</a><br><br><span style="color:red">Modificato da eroyka il 06/06/06</span><br><br><span class="edit">Edited by eroyka - 6/6/2006, 21:38</span>
Il moto browniano descrive moti di particelle ( questo fenomeno dimostra che i sistemi sono stazionari ma NON statici).
La termodinamica si occupa del comportamento di gruppi di centinaia di migliaia di particelle come minimo.

Moto browniano - Wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Moto_browniano)

La termodinamica è statistica. Boltzmann ne è stato il fondatore. Per capire i fondamenti e il senso della termodinamica occorre capire che cosa rappresentano le funzioni di stato (G,H,F,L,E,S) definite in termodinamica.
Si parte dal concetto di insieme e si definiscono gli insiemi microcanonico, canonico,grancanoico ( a seconda se il sistema è isolato, scambia energia, scambia enegia e materia)
Si analizzano le distribuzioni degli stati e si definiscono quelle più probabili.
La statistica delle particelle definisce i modi di interazione tra le stesse ( ogni particella viene vista come un insieme a sé e se ne definiscono gli stati e la distribuzione di probabilità che la particella si trovi in uno stato o nell' altro)

I criteri di ditribuzioni dipendono dalle ipotesi di interazione. Oltre a quella detta CLASSICA di Maxwell-Boltzmann (che considera insiemi di particelle e continuità degli stati). Esistono altre due : la Fermi-Dirac e la Bose-Einstein che ipotizzano un numero di stati finiti ( quantizzati). Queste equazioni tendono , quando i livelli possibili (cioè gli stati) sono molti di più delle particelle, ad una sola che viene detta SEMI-CLASSICA.
Le caratteristiche delle distribuzioni definiscono le grandezze macroscopiche (funzioni di stato).
F.D.: la funzione d' onda è asimmetrica, le particelle anno spin semiintegrale (es: elettroni quasi indipendenti)
B.E.: la funzione d' onda è asimmetrica, le particelle hanno spin integrali (es: protoni, nuclei in fase gas)
Semi-C.: qualsiasi sistema di particelle molto diluito (es: gas a temperature ordinarie)

La termodinamica in genere definisce sistemi con un elevato rapporto volume-superficie. Sistemi con elevate superfici e bassi volumi sono interpretabili approssimativamente con la termoidinamica dei sistemi aperti nell' ipotesi che il sistema contenga almeno qualche decina di migliaia di particelle.
Es.: il band-gap dei nanocristalli dei semiconduttori è diverso dai cristalli normali. I nanoscristalli hanno una reattività chimica diversa dai cristalli normali.

I sistemi aperti tendono ad aumentare la loro complessità ma anche il loro ordine e quindi hanno una entropia negativa. Prigogine vinse un nobel per i suoi studi sulla termodinamica dei processi irreversibili e dei sistemi aperti.Dimostrando la possibilità in questi sistemi di avere una entropia negativa.
Questi sistemi si organizzano solo se lontani dall' equilibrio, con flusso continuo entrante ed uscente di energia\materia ed il loro comportamento e ,in genere, non lineare.
L' ecosistema, l' atmosfera, l' uomo, ogni essere vivente sono sistemi aperti del tipo descritto da Prigogine.

La termoidinamica delle superfici è cruciale per capire il sistema ed il suo modo di interagire.

Isotopo
23-10-2009, 11:26
Prigogine maestro della complessita (http://www.fisicaparticelle.altervista.org/prigogine/prigogine9.htm)

guajro
23-10-2009, 15:01
mi sembra che chiunque insista con l'ipotesi della violazione del II principio faccia comunque riferimento a sistemi non isolati (ovvero senza scambi di materia nè di energia), compresi i viventi. ma allora qual'è il problema? il II principio vale solo per i sistemi chiusi. d'altra parte non sarebbe il primo caso di analisi di sistemi complessi che, data la necessità di trovare una modellizzazione "locale", trova risultati contrari ai principi di conservazione dell'energia.