termodinamici

La termodinamica è una branca della fisica che studia le trasformazioni dell’energia e le proprietà della materia in relazione a calore e lavoro. Un sistema termodinamico è una porzione definita di materia osservata, distinto dall’ambiente. Le grandezze fondamentali includono l’energia interna U, l’entalpia H, l’entropia S, la temperatura T, la pressione p e il volume V; descrivono lo stato e le trasformazioni tra stati implicano scambi di calore e lavoro.

La legge zero permette di definire la temperatura: se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo, sono in equilibrio tra loro. La prima legge, conservazione dell’energia, afferma che l’energia totale di un sistema isolato è costante: ΔU = Q − W, dove Q è il calore assorbito e W il lavoro svolto dal sistema sull’ambiente. In trasformazioni reversibili il percorso è quasi statico.

La seconda legge introduce l’irreversibilità delle trasformazioni reali e afferma che l’entropia di un sistema isolato non diminuisce. L’entropia S è una funzione di stato che aumenta nei processi irreversibili e resta costante nei processi reversibili. Per un ciclo termodinamico, l’efficienza massima è η ≤ 1 − Tc/Th; il ciclo di Carnot è reversibile e fornisce il limite superiore dell’efficienza di una macchina termica.

La terza legge stabilisce che l’entropia di un cristallo perfetto a zero kelvin è nulla, fornendo un riferimento di entropia assoluta. In pratica, S(T) tende a zero al contatto con il freddo e non si può raggiungere esattamente 0 K. Le idee della termodinamica si applicano a sistemi chiusi o aperti, all’equilibrio chimico e alle trasformazioni di fase, nonché alla progettazione di motori, frigoriferi e processi energetici.