24-03-2024 - Physics - Fundamentals of thermodynamics (2/13) [EN]-[IT]

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24-03-2024 - Physics - Fundamentals of thermodynamics (2/13) [EN]-[IT]

Fundamentals of Thermodynamics (2/13)
Here we are at the second appointment with a general review regarding thermodynamics and the physics aspects connected to thermodynamics.

Second law of thermodynamics for an isolated system
First of all, from the following formula we can understand that entropy S is an extensive quantity.

In an isolated system we remember the following:
-internal energy is constant
-quantities of heat pass from bodies at a higher thermodynamic temperature to bodies at a lower thermodynamic temperature.
-absolute temperature is measured in degrees Kelvin (°K)

The second law of thermodynamics is represented by the following formula:

Let us also remember that the evolution of a system ends when its entropy has reached its maximum.

Reversible transformations
Let us assume as a postulate that, in a system a
constant mass, the entropy flow is related only to the heat flow.
The entropy balance S is the following:

We can analyze the formula written above and deduce the following things:
-A transformation is reversible if δiS = 0
-A transformation is adiabatic if δq = 0 (there is no heat change)
-A transformation is isentropic if dS = 0 (there is no difference in entropy between the initial and final states)
-A transformation is irreversible if δiS > 0

Ideal gases
For the ideal gas model the Clapeyron relation is valid which is the following:

In the equation of state of ideal gases R represents the universal constant and is equal to 8314 [Pa·m3/kmol·°K]

The specific heat at constant volume depends on the gas.

To fully describe the behavior of the system it is necessary to have two equations

The fundamental relation for ideal gases is:

The equation of state for ideal gases is:

where cv is a constant that depends on the gas and is called the specific heat of the gas at constant volume.

Enthalpy
Enthalpy in physics is identified with the letter H and is defined in the following way:

When we talk about enthalpy, the Gibbs equations can be useful. These allow the enthalpy variation to be calculated through integration, provided that the functional relationships between the quantities appearing in the second members are known.

Specific heats
cv = heat capacity at constant volume
cp = heat capacity at constant pressure
The specific heat at constant volume is greater than or equal to zero for any system.
Specific heat allows you to write a formula for calculating the heat absorbed or released starting from the mass and the temperature variation.

The specific heat at constant pressure depends on the enthalpy variation as a function of the temperature variation while maintaining the pressure constant.

Conclusions
Second law of thermodynamics linked to the concept of entropy says that the entropy of an isolated system always increases or, at most, remains constant.

Request
Have you studied the concept of entropy or enthalpy in the past?

24-03-2024 - Fisica - Fondamenti di termodinamica (2/13) [EN]-[IT]

Fondamenti di termodinamica (2/13)
Eccoci qua al secondo appuntamento con un ripasso generale a riguardo della termodinamica e degli aspetti di fisica connessi alla termodinamica.

Seconda legge della termodinamica per un Sistema isolato
Innanzitutto dalla seguente formula possiamo capire che l'entropia S è una grandezza estensiva.

In un sistema isolato ricordiamo quanto segue:
-l'energia interna è costante
-le quantità di calore passano da corpi a temperatura termodinamica superiore a corpi a temperatura termodinamica inferiore.
-la temperatura assoluta si misura in gradi Kelvin (°K)

La seconda legge della termodinamica è rappresentata dalla seguente formula:

Ricordiamo inoltre che l’evoluzione di un sistema termina quando la sua entropia ha raggiunto il massimo.

Trasformazioni reversibili
Si assuma come postulato che, in un sistema a
massa costante, il flusso di entropia è legato solo al flusso di calore.
l bilancio dell'entropia S è il seguente:

Possiamo analizzare la formula scritta sopra e dedurre le seguenti cose:
-Una trasformazione è reversibile se δiS = 0
-Una trasformazione è adiabatica se δq = 0 (non c'è variazione di calore)
-Una trasformazione è isoentropica se dS = 0 (non c'è differenza di entropia tra lo stato iniziale e quello finale)
-Una trasformazione è irreversibile se δiS > 0

I gas perfetti
Per il modello dei gas perfetti vale la relazione di Clapeyron che è la seguente:

Nell'equazione di stato dei gas perfetti R rappresenta la costante universale e vale 8314 [Pa·m3/kmol·°K]

Il calore specifico a volume costante dipende dal gas.

Per descrivere compiutamente il comportamento del sistema è necessario avere due equazioni

La relazione fondamentale per i gas perfetti è:

L'equazione di stato per i gas perfetti è:

dove cv è una costante che dipende dal gas ed è detta calore specifico del gas a volume costante.

Entalpia
L'entalpia in fisica viene identificata con la lettere H ed è definita nella seguente maniera:

Quando parliamo di entalpia potranno tornare utili le equazioni di Gibbs. Queste permettono di calcolare la variazione di entalpia tramite integrazione, a patto di conoscere le relazioni funzionali tra le grandezze che compaiono nei secondi membri.

Calori specifici
cv = capacità termica a volume costante
cp = capacità termica a pressione costante
Il calore specifico a volume costante è maggiore o uguale a zero per qualsiasi sistema.
Il calore specifico permette di scrivere una formula per il calcolo del calore assorbito o ceduto a partire dalla massa e dalla variazione di temperatura.

Il calore specifico a pressione costante dipende dalla variazione di entalpia in funzione della variazione di temperatura mantenendo costante la pressione.

Conclusioni
Secondo principio della termodinamica legato al concetto di entropia dice che l'entropia di un sistema isolato aumenta sempre o, al più, rimane costante.

Domanda
Avete studiato in passato il concetto di entropia o di entalpia?

THE END