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La termodinamica è quella scienza della fisica che studia e deduce le trasformazioni termodinamiche che sono causate dal calore e dal lavoro in un sistema termodinamico, in seguito a processi che coinvolgono cambiamenti delle variabili di stato temperatura ed energia.

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Sistema termodinamico:

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La termodinamica si basa su un sistema macroscopico, quindi una porzione di massa fisicamente o concettualmente separata dall'ambiente esterno, che spesso si assume non infastidito dallo scambio di energia con il sistema.
Lo stato del sistema è specificato da grandezze dette variabili termodinamiche o funzioni di stato come temperatura, pressione, volume e composizione chimica. Le principali notazioni in termodinamica chimica sono state stabilite dall'UICPA (Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata).

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Quante e quali sono le leggi della termodinamica?

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Quante e quali sono le leggi della termodinamica?

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Sono tre (+1) le leggi della termodinamica:

- Principio zero
- Prima legge
- Seconda legge
- Terza legge

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Il principio zero della termodinamica dice che: se due corpi sono entrambi in un equilibrio termico con un terzo corpo , allora in equilibrio termico ci si trovano anche i due corpi tra di loro.
Questo principio, in sostanza, dichiara che due sistemi in equilibrio termico hanno la stessa temperatura.

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Dimostrazione:

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La prima legge della termodinamica è anche detta Legge di conservazione dell'energia e afferma che:
« L'energia interna di un sistema termodinamico isolato è costante. »

Quindi durante un'espansione a pressione costante, il sistema "gas perfetto" passa dal primo stato (volume piccolo) al secondo stato (volume grande, ma con stessa pressione), e siccome l'energia interna (che è uguale alla somma delle energie cinetiche delle sue molecole) è cambiata, la temperatura è cambiata.

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Quindi il sistema ha guadagnato energia perché ha assorbito una quantità positiva di calore Q dall'ambiente, ed ha perso energia perché ha compiuto un lavoro W positivo.

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Trasformazioni isobare, isocore e isoterme Primo principio della termodinamica

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Uploaded by Treccani Scuola on 2016-11-25.

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La seconda legge della termodinamica enuncia l'irreversibilità di molti eventi termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da un corpo caldo ad un corpo freddo.
Possiede diverse formulazioni equivalenti, delle quali una si fonda sull'introduzione di una funzione di stato, l'entropia (grandezza interpretata come una misura del disordine presente in un sistema fisico qualsiasi, incluso l'universo.) che nel SI viene etichettata con la lettera S (J/K).

« Non è possibile realizzare una trasformazione ciclica che trasformi in lavoro tutto il calore prelevato da una sola sorgente. »

« È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui l'unico risultato sia quello di far passare calore da un corpo più freddo ad uno più caldo. »

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Enunciati Il secondo principio della termodinamica

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La terza legge della termodinamica è anche detta Teorema di Nernst e afferma che:

« Allo zero assoluto, l'entropia di un cristallo puro è uguale a zero. »

Il terzo principio determina i valori assoluti dell'entropia. Quindi se conosciamo il punto in cui l'entropia ha valore zero, si può determinare la reale quantità di entropia che una sostanza ha ad una temperatura superiore a 0 Kelvin (K).

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Una macchina termica è un macchinario che usa energia termica per compiere lavoro. Un esempio di macchina termica è la macchina a vapore:

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Ogni macchina termica ha un rendimento massimo quando le trasformazioni che si svolgono al suo interno sono reversibili. Una trasformazione reversibile è una trasformazione in cui sia il sistema, sia l' ambiente esterno possono ritornare esattamente negli stati in cui erano prima che la loro trasformazione fosse avvenuta. Questa idea del rendimento maggiore per macchine reversibili è nota come teorema di Carnot, il quale dimostrò che in una macchina termica con queste caratteristiche (macchina di Carnot), il rendimento può essere calcolato con la formula seguente:

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Un aspetto importante di una macchina termica è il rendimento:
Una macchina che converte in lavoro la maggior parte del calore assorbito ha un alto rendimento. Il rendimento è per definizione il rapporto fra il lavoro W compito dalla macchina e il calore assorbito Qh.