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Branca della fisica che descrive le trasformazioni subite da un sistema termodinamico a seguito di uno scambio di energia con altri sistemi o con l' ambiente esterno. Per sistema termodinamico (o macroscopico) si intende l' insieme dei corpi su cui è concentrata l' attenzione, mentre l' esterno è tutto ciò che è presente nell' ambiente e non appartiene al sistema. Lo stato di un sistema macroscopico in equilibrio è specificato dal valore che assumono determinate grandezze, come temperatura, pressione e volume, dette variabili termodinamiche o variabili di stato. Quando un sistema macroscopico passa da uno stato di equilibrio a un altro si dice che ha luogo una trasformazione termodinamica. Alcune trasformazioni sono reversibili, altre irreversibili. I principi della termodinamica, scoperti nel XIX secolo, regolano tutte le trasformazioni termodinamiche e ne fissano i limiti. Questi principi sono:
Questi principi sono di importanza fondamentale in ogni campo della scienza e della tecnica.
Quando due sistemi interagenti sono in equilibrio condividono alcune proprietà, che possono essere misurate assegnando a esse un preciso valore numerico. Conseguenza di questo fatto è il principio zero della termodinamica, il quale afferma che quando due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sono in equilibrio anche tra loro. La proprietà condivisa è in questo caso la temperatura. Qualunque sistema, posto in contatto con un ambiente idealmente infinito e a temperatura determinata, si porterà in equilibrio con quest' ultimo, cioè raggiungerà la stessa temperatura dell' ambiente. Il cosiddetto ambiente infinito è un' astrazione matematica chiamata riserva di calore; in realtà è sufficiente che l' ambiente sia abbastanza grande rispetto al sistema sotto indagine e che siano trascurabili le variazioni delle variabili termodinamiche che ne specificano lo stato.
Esso afferma che, poiché l'energia non può essere né creata né distrutta, la somma della quantità di calore ceduta a un sistema e del lavoro compiuto sul medesimo deve essere uguale all' aumento dell' energia interna del sistema stesso. Vedi approfondimento.
Alcuni processi, anche se energeticamente possibili secondo il primo principio, in natura non avvengono spontaneamente. Ad esempio il processo rappresentato in figura non avviene spontaneamente nell'ordine (a) (b) (c).
l' enunciato del secondo principio dice che:
L' energia termica
si trasmette spontaneamente da una sostanza a temperatura più alta a una sostanza
a temperatura più bassa e non si trasmette spontaneamente nel verso opposto.
E' però importante sottolineare che il calore può essere forzato a trasmettersi
nel verso opposto. Il secondo principio della termodinamica ha conseguenze
importanti per il modo in cui funzionano molti dispositivi, e in particolar
modo le macchine termiche.
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