Espansione e compressione di un gas

Espansione e compressione reversibile

• L'espansione reversibile di un gas avviene quando la pressione esterna viene ridotta gradualmente, il gas si espande finché non si raggiunge un nuovo equilibrio.
• Il lavoro svolto durante il processo può essere calcolato attraverso l'equazione di stato, che dà un risultato negativo perché il volume finale è maggiore di quello iniziale.
• La compressione reversibile avviene quando la pressione del pistone viene aumentata gradualmente, il gas si comprime finché non si raggiunge la situazione iniziale.
• Il lavoro in questo caso dà un risultato positivo.
• Il cammino può essere rappresentato da una curva precisa nello spazio delle fasi, infatti per un processo di espansione/compressione isoterma l'equazione di stato è data dalla legge di Boyle che corrisponde a un ramo di iperbole nel piano.

Energia interna e contributi elettronici

• L'energia interna U è l'energia posseduta da tutte le particelle di un composto, le quali hanno diversi gradi di libertà dovuti a motivi elettronici, traslazionali, rotazionali e vibrazionali.
• I contributi elettronici tengono conto delle interazioni elettrostatiche tra elettroni carichi negativamente e nuclei carichi positivamente.
• Ci sono due tipi di contributi elettronici: intramolecolari e intermolecolari.
• I contributi elettronici intramolecolari sono molto stabili e rimangono costanti durante processi non reattivi.

Coefficienti di espansione termica e compressibilità isoterma

• Partendo dalla relazione differenziale del volume, si possono ricavare le espressioni generali dei coefficienti di espansione termica e compressibilità isoterma.
• Il coefficiente di compressibilità isoterma rappresenta la velocità con cui varia il volume al variare di pressione, fissata la temperatura.
• Il coefficiente di espansione termica rappresenta la velocità con cui varia il volume al variare di temperatura, fissata la pressione.
• I coefficienti di espansione termica e compressibilità isoterma sono delle grandezze che dipendono dalla relazione tra pressione, temperatura e volume.

Espansione adiabatica strozzata di un gas

• L'espansione adiabatica strozzata di un gas è un processo ciclico in cui il sistema torna allo stato iniziale.
• Il lavoro compiuto dal sistema durante il ciclo è negativo.
• Il rendimento di una macchina termica è il rapporto tra il lavoro netto compiuto dal sistema e il calore assorbito dal sistema durante il ciclo.

Secondo principio della termodinamica

• La formulazione di Kelvin del secondo principio della termodinamica afferma che è impossibile realizzare una macchina termica capace di far compiere ad un sistema una trasformazione ciclica il cui solo risultato sia quello di produrre lavoro assorbendo una equivalente quantità di calore da un serbatoio a temperatura costante.
• Il teorema di Carnot dimostra che il rendimento di una macchina termica è sempre minore di 1.
• La formulazione di Clausius del secondo principio della termodinamica afferma che non è possibile realizzare una macchina capace di far compiere ad un sistema una trasformazione ciclica il cui solo risultato sia il trasferimento di calore da un serbatoio a temperatura T2 ad un serbatoio a temperatura superiore T1 > T2.

Entropia

• L'entropia è una grandezza che misura la quantità di informazione persa o acquistata in un sistema durante una trasformazione termodinamica.
• La formulazione di Clausius del secondo principio della termodinamica può essere interpretata come una affermazione sul fatto che l'entropia di un sistema isolato non può mai diminuire.

Miscugli di gas perfetti

• L'energia di Gibbs di mescolamento è una grandezza che misura la variazione di energia libera di un sistema durante un processo di mescolamento di gas perfetti.
• La condizione di spontaneità del processo di mescolamento dipende dai potenziali chimici dei componenti puri e del miscuglio.
• I potenziali chimici dei componenti puri e del miscuglio sono funzioni della temperatura, della pressione e della composizione chimica del sistema.