Lavoro
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Il
lavoro, come
il calore,
è un altro
modo di trasmissione dell'energia fra sistema ed ambiente.
Il lavoro è l’energia trasferita dall’ambiente al sistema (o viceversa) a seguito di una modifica della configurazione, o della forma del sistema, causata da forze agenti sul sistema. |
Alcuni tipi di lavoro
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Si dice che un sistema esegue un lavoro sull’ambiente tutte le volte che l’unico effetto esterno al sistema è riducibile al sollevamento di un peso.
In qualsiasi trasformazione termodinamica in cui viene eseguito un lavoro, questo, in ultima analisi, può essere ricondotto all’azione di una qualche forza. E’ però conveniente esprimere il lavoro in funzione delle variabili termodinamiche del sistema.
Equilibrio termodinamico
In termodinamica il concetto di equilibrio termodinamico è fondamentale.
Un sistema si dice in equilibrio termodinamico se i suoi parametri termodinamici non cambiano nel tempo.
Affinché un sistema sia in equilibrio termodinamico è necessario che siano verificate simultaneamente le seguenti condizioni:
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Equilibrio termodinamico |
Equilibrio |
Non Equilibrio |
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Equilibrio
meccanico 1 |
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Equilibrio
termico 2 |
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Equilibrio
chimico 3 |
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Lavoro associato a variazioni di volume
Un processo termodinamico in cui si verificano cambiamenti infinitesimi delle proprietà macroscopiche viene detto infinitesimo.
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In una trasformazione infinitesima la forza esercitata dal sistema differisce da quella esterna, esercitata dall’ambiente, di una quantità infinitesima. |
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F
= P A dove P è la pressione ed A l’area della superficie del pistone.
Lavoro infinitesimo dL = Fe dr = Fe dx = Pe A dx = P dV L lavoro eseguito dal sistema sull’ambiente quando il suo volume cambia dal valore iniziale Vi a quello finale Vf. In una trasformazione quasistatica Lif = - Lfi |
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Esempio di lavoro non quasistatico per il quale dL = P dV.
Calcoliamo, più in generale, il lavoro infinitesimo d L eseguito da un sistema idrostatico delimitato da una superficie di contorno di forma qualsiasi.
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Indicando con:
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| Per una trasformazione quasistatica finita che porta il sistema dal volume iniziale Vi al volume finale Vf . Il lavoro totale è: |
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Diagrammi P-V
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Segno del Lavoro
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Il lavoro ricevuto dal sistema nel corso di un ciclo è uguale all’area del ciclo. Esso è positivo se il ciclo viene percorso in senso orario e negativo se in senso antiorario.
Il lavoro dipende dal percorso della trasformazione
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A parità di stato iniziale e finale: L1 < L2 < L3 |
Il lavoro compiuto da un sistema dipende non solo dagli stati iniziali e finali ma anche dal percorso della trasformazione.
In una trasformazione quasistatica l’integrale può essere calcolato solo se si conosce la dipendenza di P da V, P = P (V).
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