Espansione e compressione di un gas

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Questions and Answers

Cos'è l'espansione reversibile di un gas?

Un aumento di volume di un gas in condizioni di equilibrio, causato dalla riduzione della pressione esterna.

Come si può rappresentare graficamente un processo di espansione e compressione isoterma?

Con una curva nel piano delle fasi, che rappresenta la legge di Boyle e corrisponde a un ramo di iperbole.

Quale è la differenza tra il lavoro svolto durante un'espansione e una compressione?

Il lavoro durante un'espansione ha un risultato negativo, mentre durante una compressione ha un risultato positivo.

Cos'è l'energia interna U di un sistema?

L'energia posseduta da tutte le particelle di un composto, le quali hanno diversi gradi di libertà. Signup and view all the answers

Quali sono i contributi elettronici all'energia interna?

Le interazioni elettrostatiche tra elettroni carichi negativamente e nuclei carichi positivamente. Signup and view all the answers

Cos'è l'interazione intramolecolare?

L'interazione elettrostatica tra nuclei ed elettroni della stessa molecola. Signup and view all the answers

Quale è il ruolo dell'energia interna U nella fisica statistica?

L'energia interna rappresenta l'energia posseduta da tutte le particelle di un sistema. Signup and view all the answers

Come cambiano le interazioni elettrostatiche intramolecolari con la temperatura?

Non variano significativamente a temperature ordinarie, ma solo se la temperatura aumenta di almeno 1000 K. Signup and view all the answers

In una trasformazione reversibile e irreversibile, come varia la quantità di lavoro compiuto sul sistema in relazione alla quantità di calore assorbito o ceduto?

Il lavoro compiuto su un sistema è minimo in condizioni di reversibilità e anche il calore ceduto da un sistema è minimo. Signup and view all the answers

Che cosa si può dire sul lavoro estraibile da un sistema e sul calore assorbito da un sistema in condizioni di reversibilità?

Il lavoro estraibile da un sistema è massimo in condizioni di reversibilità e anche il calore assorbito da un sistema è massimo. Signup and view all the answers

Cosa afferma la formulazione di Clausius del Secondo Principio?

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. Signup and view all the answers

In che modo varia la quantità di energia interna di un sistema in una trasformazione irreversibile?

dU = δQirr + δWirr Signup and view all the answers

Quale è la condizione per cui il lavoro compiuto su un sistema è minimo?

La condizione di reversibilità. Signup and view all the answers

Come varia la quantità di energia interna di un sistema in una trasformazione reversibile?

dU = δQrev + δWrev Signup and view all the answers

In che tipo di macchina si ha W < 0, ovvero il lavoro scambiato durante il ciclo risulterà compiuto dal sistema sull’ambiente?

Macchina termica Signup and view all the answers

Che cosa rappresenta il simbolo W in termodinamica?

Il lavoro compiuto dal sistema Signup and view all the answers

Come si definisce l'efficienza termica o rendimento di una macchina termica?

r = - W/Q1 Signup and view all the answers

Che cosa dice la formulazione di Kelvin del Secondo Principio?

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. Signup and view all the answers

In che tipo di macchina si ha W > 0, ovvero il lavoro complessivo risulterà compiuto dall’ambiente sul sistema?

Macchina frigorifera o pompa termica Signup and view all the answers

Come si può anche scrivere l'efficienza termica o rendimento di una macchina termica?

r = Q1 + Q2 / Q1 = 1 + Q2/Q1 Signup and view all the answers

Che cosa dimostra il Teorema di Carnot?

Che non è possibile avere una macchina termica con efficienza del 100% Signup and view all the answers

Come si enuncia il Secondo Principio nella Formulazione di Carnot?

Non è possibile costruire una macchina che possa trasformare completamente in lavoro una quantità di calore prelevata da un'unica sorgente di calore. Signup and view all the answers

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Qual è la grandezza che precede dp nel differenziale del volume e cosa rappresenta?

La quantità che precede dp rappresenta la velocità con cui varia V al variare di p, fissata la T, per unità di volume e si definisce coefficiente di compressibilità isoterma. Signup and view all the answers

Cosa rappresenta la quantità che precede dT nel differenziale del volume?

La quantità che precede dT rappresenta la velocità con cui varia V al variare di T, fissata la p, per unità di volume e prende il nome di coefficiente di espansione termica a pressione costante. Signup and view all the answers

Perché è conveniente fare riferimento alla variazione del volume per-unità di volume?

Perché il volume è una grandezza estensiva. Signup and view all the answers

Come si può esprimere il differenziale del volume in funzione dei coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica?

dV = -κTVdp + αpVdT Signup and view all the answers

Perché i coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica sono facilmente misurabili per liquidi e solidi?

Perché i coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica sono facilmente misurabili per liquidi e solidi perché sono poco compressibili o espandibili rispetto ai fluidi gassosi. Signup and view all the answers

Come si possono ricavare i coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica per i gas reali?

I coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica possono essere ricavati per i gas reali dalle espressioni delle equazioni di stato (del viriale o di Van der Waals). Signup and view all the answers

Come variano i coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica per le fasi condensate in intervalli ristretti di T e p?

I coefficienti di compressibilità isoterma e di espansione termica possono essere considerati costanti per le fasi condensate in intervalli ristretti di T e p. Signup and view all the answers

Cosa sono U e H per un gas perfetto?

Per un gas perfetto, U e H sono solo funzioni di T. Signup and view all the answers

Study Notes

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.

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Description

Questo quiz riguarda l'espansione e la compressione di un gas in un cilindro, calcolando il lavoro svolto durante il processo. Si analizza il comportamento del gas perfetto e si raggiunge un nuovo equilibrio.