Capitolo 3 - Primo Principio della Termodinamica

L'argomento principale della Termodinamica riguarda i trasferimenti di energia tra ambiente e sistema e viceversa. Questo capitolo riassume schematicamente le varie forme di energia per passare poi alla definizione operativa dell'energia in transito: lavoro termodinamico e calore. Dopo queste premesse viene esposto il Primo Principio della termodinamica. Gli argomenti trattati in questo capitolo sono:

1. Forme di energia Tra le forme di energia si fa una prima distinzione fra energia acumulata ed energia interna: per energia accumulata si intende l'energia cinetica e potenziale del sistema rispetto ad un dato sistema di riferimento; per energia interna si intende l'energia meccanica riferita al centro di massa del sistema. Un discorso a parte viene fatto per l'energia in transito che, a differenza di quella accumulata, non è una proprietà intrinseca del sistema ma dipende dalla sua particolare interazione con l'ambiente.

2. Calore Dopo aver definito quantitativamente il calore,  si definisce una grandezza che indica la capacità delle sostanze a modificare la propria temperatura, questa grandezza è definita per unità di materia della sostanza e prende  il nome di calore specifico. Essa si misura in cal/gr o in cal/mol a seconda che l'unità di materia è espressa in grammi o moli. 

2.1 Calorispecifici di varie sostanze La dipendenza del calore specifico di una sostanza dalla temperatura è un dato molto importante perchè indicativo delle proprierà microscopiche di quella sostanza.

2.2 calori specifici dei gas perfetti La quantità di calore scambiata da un corpo dipende dal modo con cui esso interagisce con l'ambiente: nel caso dei gas la quantità di calore che occorre per cambiare la temperatura di una mole di quel gas a volume costante è minore se il calore viene scambiato a pressione costante. La relazione fra il calore specifico molare a pressione e volume di un gas perfetto prende il nome di relazione di Mayer.

3. Lavoro In questo paragrafo vengono definite alcune forme di lavoro termodinamico. 

4.  Equivalenza lavoro-calore Lord Kelvin aveva intuito che il calorico, come veniva denominato anticamente il calore, non era una  forma di materia che veniva trasferita da un corpo caldo  con un ad uno freddo a contatto con esso, ma aveva una affinità con il lavoro. Joule, attraverso una serie di esperimenti molto accurati, rese quantitativa la relazione tra calore e lavoro e determinò l'equivalente meccanico della caloria, cioè la quantità in Kg m, l'unità di misura dell'energia, di una cal, unità di misura del calore. In onere di Joule l'unità di misura dell'energia divenne il Jouole: 1 J=1 Kg m.

5. Primo Principio della Termodinamica Il primo principio della termodinamica è il principio di conservazione dell'energia per antonomasia. L'origine del primo principio è di natura empirica. Questo paragrafo presenta il primo principio nelle sue due forme, quella ristretta e quella generalizzata. La prima forma fa il bilancio fra l'energia di transito, calore e lavoro, e l'energia interna del sistema. Questa forma è la più diffusa. La seconda   differisce dalla prima perchè oltre all'energia interna tiene conto anche di una eventuale energia accumulata.