Che cos’è la Termodinamica

Ognuno sa che il calore può essere la causa del movimento e che possiede una grande forza motrice: proprio le macchine a vapore che oggi sono così diffuse, ne sono una prova evidente per tutti.
Al calore sono dovuti i grandi movimenti che i nostri occhi vedono con meraviglia sulla Terra. Esso è la causa delle agitazioni dell'atmosfera, dell'ascensione delle nuvole, della caduta delle piogge e delle altre meteore, delle correnti d'acqua che solcano la superficie del globo e che l'uomo finora ha impiegato solo in piccola parte; e infine i terremoti e le eruzioni vulcaniche sono conseguenze del calore...

"Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developper cette puissance"

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Sadi Carnot 1824

 

Termodinamica come scienza dell’energia

La termodinamica è quella branca della Fisica che studia l’evoluzione di sistemi fisico chimici tenendo conto degli scambi di energia in tutte le forme che possono verificarsi fra sistema ed ambiente esterno. La termodinamica fornisce un bilancio energetico dei fenomeni termici e ne indica il senso di evoluzione.

Termo dinamica
Therme º Calore  Dynamis º Potenza

Questa parola inizialmente coniata per sintetizzare gli sforzi tecnico-scientifici di comprendere e gestire le trasformazioni di calore in potenza, oggi compendia tutte le forme dell’energia e le sue trasformazioni; fanno parte dell’indagine: produzione di potenza, refrigerazione, cambiamenti di stato della materia, reazioni chimiche,…

Il giudizio di Einstein sulla termodinamica classica

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" Una teoria è tanto più importante quanto maggiore è la semplicità delle sue premesse, quanto più diversi sono i tipi di cose che correla e quanto più esteso è il campo della sua applicabilità. Di qui, la profonda impressione che ho ricevuto dalla Termodinamica classica. E' la sola teoria fisica di contenuto universale di cui sono convinto che nell'ambito di applicabilità dei suoi concetti di base non verrà mai superata.
Albert Einstein

La termodinamica classica: Fondamenti, linguaggio, metodo
Le sorelle Termodinamica

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Termodinamica Classica

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Termodinamica Statistica

Approccio macroscopico:

prescinde dalla costituzione atomica della materia. Le grandezze termodinamiche vengono definite in maniera operativa. Per esempio la pressione di un gas non è considerata come il trasferimento di quantità di moto per unità di tempo e di area sulle pareti del contenitore, ma come quella proprietà che si misura con un manometro. L’approccio è essenzialmente di carattere empirico

Strumenti di lavoro
Termometri, manometri, bilance, calorimetri, serbatoi di calore, macchine termiche, frigoriferi, pompe, turbine,….strumenti di calcolo

Strumenti matematici
Il calcolo differenziale applicato a funzioni a più variabili.

Vantaggi
È possibile descrivere lo stato di un sistema mediante un limitato numero di grandezze; nel caso di sistemi semplici sono sufficienti due grandezze. Fornisce metodi semplici e diretti per la soluzione di problemi ingegneristici.

Svantaggi
Mancanza di un significato intuitivo delle grandezze termodinamiche.

Approccio microscopico:

si basa sul comportamento medio del gran numero di particelle che compongono la materia. Le proprietà macroscopiche di un sistema vengono messe in relazione ai suoi costituenti microscopici. Per esempio la pressione di un gas è espressa in termini della velocità quadratica media delle molecole, come pure la temperatura.

Strumenti di lavoro
Strumenti di calcolo.

Strumenti matematici
Sono quelli tipici della meccanica statistica e della teoria delle probabilità. Distribuzione di valori di una grandezza fisica microscopica, valor medio, valore più probabile, valore quadratico medio, funzione di partizione, probabilità termodinamica, … sono alcuni dei concetti utilizzati

Vantaggi
Conferisce un significato immediato ed intuitivo alle grandezze termodinamiche.

Svantaggi
L’approccio microscopico talvolta si presenta alquanto complesso.