il ii principio della termodinamica entropia. no pain no gain
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Il II principio della Il II principio della termodinamicatermodinamica
Entropia
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No pain no gain
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Perpetuum Mobile
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II principio (1)
• Processi spontanei o naturali: processi (trasformazioni di un sistema) che avvengono in natura senza che sia necessario lavoro esterno
• II principio della termodinamica
– formulazione di Kelvin - Non sono possibili in natura dei processi che hanno come solo risultato l’assorbimento di calore da una riserva e la sua completa trasformazione in lavoro
– formulazione intuitiva (molecolare) - I processi spontanei avvengono solo se comportano una dispersione di energia da una forma ordinata ad una forma disordinata
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II principio (2)
• L’entropia S di un sistema è una funzione di stato che misura il grado di disordine molecolare del sistema stesso
• II principio della termodinamica: la variazione di entropia di un sistema isolato in un processo spontaneo è sempre positiva
– Quando si considera la trasformazione di un sistema, l’entropia che aumenta è l’entropia del sistema sommata a quella dell’ambiente
– I processi termodinamici irreversibili sono processi spontanei, ed avvengono con produzione di entropia
spontaneo 0S
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Ordine e disordine
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Cammini reversibili ed irreversibili
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Ciclo di Carnot (1)
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Ciclo di Carnot (2)
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Ciclo di Carnot (3)
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Ciclo di Carnot (4)
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Ciclo di Carnot (5)
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Entropia ed organismi viventi
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Entropia (1)
• Definizione termodinamica dell’entropia
la variazione infinitesima di entropia è calcolabile come la variazione di calore scambiata in un processo reversibile, divisa per la temperatura.
• La variazione finita di entropia in un processo si ottiene identificando un processo reversibile che comporti la stessa trasformazione causata dal processo reversibile e calcolando
revdqdS
T
revdqS
T
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Entropia (2)
• L’entropia è una grandezza estensiva avente dimensioni J K-1 o J K-1 mol-1 se riferita ad una mole si sostanza (entropia molare)
• Esempio: variazione di entropia di un gas perfetto in espansione isoterma da un volume V1 ad un volume V2.
V1
V2
T
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Entropia (3)
1. La variazione di energia interna vale zero (la temperatura non cambia)
2. Il calore scambiato è opposto al lavoro effettuato3. Per un cammino reversibile
quindi
2
1
2
1
2
1
1
ln
revrev
V
rev rev
V
qS dq
T T
dV Vq w nRT nRT
V V
2
1
lnV
S nRV
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Regola di Trouton
• In un sistema che subisce una transizione di fase, a pressione costante
Nella maggioranza dei liquidi, l’entropia di vaporizzazione è pari a circa 85 J K-1mol-1.
transtrans
trans
HS
T
Argon, Ar 14.17 (83.8 K) 74.53 (87.3 K)
Benzene, C6H6 38.00 (279 K) 87.19 (353 K)
Acqua, H2O 22.00 (273.15 K)
109.0 (373.15 K)
1 1/fusS JK mol 1 1/evapS JK mol
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Diseguaglianza di Clausius
• Per un processo di un sistema in contatto termico con l’ambiente a temperatura T (ambiente)
ma dSambiente=-dq/T, e quindi
diseguaglianza di Clausius.
Termostato a temperatura T
Sistema:
•entropia S
•temperatura T
0ambientedS dS
dqdS
T
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Misura dell’entropia (1)
• La variazione di entropia di una sostanza pura da T=0 ad una temperatura data si può calcolare come
0
0
(0)( )fusione
evaporazione
evaporazione
T solidop fusione
fusione
T liquidop evaporazione
evaporazione
vaporeTp
T
C HdT
T T
C HdT
T T
CdT
T
SS T
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Misura dell’entropia (2)
fusione
evaporazione
S
TTf Te0
Estrapolazione di Debye