Principio ZERO della Termodinamica E SCALE TERMOMETRICHE
- Valentino Rocco
- 10 ott 2021
- Tempo di lettura: 4 min
Aggiornamento: 5 giorni fa
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Buona visione!
invece se ti trovi meglio a leggere ecco tutto ciò che devi sapere sul primo principio della termodinamica ed energia interna.
Principio ZERO della Termodinamica E SCALE TERMOMETRICHE:
La termodinamica è lo studio delle trasformazioni energetiche che avvengono nei sistemi fisici. Per analizzare questi fenomeni è fondamentale capire tre concetti essenziali:
lo stato termodinamico
il concetto di equilibrio
la misura della temperatura tramite le scale termometriche
il Principio Zero, base dei termometri moderni
Vediamoli con chiarezza.
Stato Termodinamico
Lo stato termodinamico di un sistema descrive in quale condizione esso si trova in un determinato istante. È definito completamente attraverso un insieme di variabili di stato, come:
temperatura
pressione
volume
massa
composizione chimica
Perché uno stato sia definito, le variabili devono essere ben determinate.
Stato di equilibrio termodinamico
Uno stato è di equilibrio termodinamico quando tutte le sue variabili sono costanti nel tempo. Per ottenere questa condizione, devono essere soddisfatte contemporaneamente tre forme di equilibrio:
Equilibrio Meccanico
Non ci sono variazioni di volume o deformazioni. Le forze agenti si compensano.
Esempio: un gas in un contenitore rigido.
Equilibrio Chimico
Non avvengono reazioni chimiche spontanee. La composizione delle sostanze rimane costante.
Equilibrio Termico
La temperatura è la stessa in ogni punto del sistema. Non ci sono flussi di calore interni o verso l'esterno.
Importante: i sistemi tendono spontaneamente all’equilibrio
In natura, i sistemi evolvono spontaneamente verso uno stato di equilibrio, perché è la condizione in cui l’energia libera del sistema è minimizzata. Questo principio è la base dell’intero “verso” delle trasformazioni termodinamiche:📌 le trasformazioni irreversibili spingono i sistemi verso l’equilibrio.
il Principio Zero della Termodinamica
Il Principio Zero è alla base della definizione moderna di temperatura.
Enunciato:
“Se un sistema A è in equilibrio termico con un sistema B, e B è in equilibrio termico con un sistema C, allora A e C sono in equilibrio termico tra loro.”
Questo enunciato sembra banale, ma ha conseguenze fondamentali:
Esiste una grandezza fisica misurabile che ci permette di capire se due corpi sono in equilibrio termico: la temperatura.
Senza il Principio Zero non potremmo costruire i termometri.
Il ruolo dei termometri
Un termometro è semplicemente un sistema che raggiunge l’equilibrio termico con ciò che misura.Se le condizioni di A = termometro e B = corpo misurato sono uguali, la temperatura letta è affidabile.
Temperature e Scale Termometriche
La temperatura misura il grado di agitazione termica delle particelle di un corpo.Maggiore è l’energia interna microscopica → maggiore è la temperatura.
Esistono varie scale per misurarla.
Scala Celsius (°C)
È costruita fissando due punti fondamentali dell’acqua a pressione standard (1 atm):
0 °C → congelamento
100 °C → ebollizione
È una scala comoda nella vita quotidiana, ma non assoluta: può avere valori negativi.
Temperature fondamentali:
20 °C → temperatura ambiente
–273,15 °C → zero assoluto
0,01 °C → punto triplo dell’acqua (611,7 Pa)
Il punto triplo è estremamente importante: definisce in modo univoco la temperatura nel sistema internazionale.
Scala Kelvin (K)
È la scala ufficiale del Sistema Internazionale (SI).
Proprietà fondamentali:
Non ha valori negativi
Parte dallo zero assoluto: 0 K
È proporzionale all’energia termica microscopica
Valori fondamentali:
0 K = –273,15 °C
273,15 K = 0 °C
373,15 K = 100 °C
Perché si usa?
Perché è una scala assoluta, basata sulla fisica, non su proprietà di una sostanza specifica come l’acqua.
Scala Fahrenheit (°F)
Molto utilizzata nei paesi anglosassoni.
32 °F → congelamento
212 °F → ebollizione
–459,67 °F → zero assoluto
È una scala meno intuitiva per noi, ma comunque ufficiale.
Conversioni tra le scale termometriche
Celsius → Kelvin
K = °C + 273,15
Kelvin → Celsius
°C = K – 273,15
Fahrenheit → Celsius
°C = (°F – 32) / 1,8
Celsius → Fahrenheit
°F = (°C × 1,8) + 32
Fahrenheit → Kelvin
K = (5/9 × °F) + 255,37
Kelvin → Fahrenheit
°F = (9/5 × K) – 459,67
Approfondimento: Perché è impossibile raggiungere lo zero assoluto?
Lo zero assoluto (0 K) rappresenta l’energia cinetica minima possibile.Secondo il terzo principio della termodinamica:
Non è possibile raggiungere lo zero assoluto mediante un numero finito di processi.
Questo significa che non potremo mai ottenere un sistema completamente senza movimento molecolare.
Le variabili di stato e l'importanza dei diagrammi
Nella termodinamica avanzata si usano spesso diagrammi come:
diagramma p-V (pressione-volume)
diagramma T-S (temperatura-entropia)
superfici tridimensionali degli stati
Questi grafici permettono di rappresentare gli stati termodinamici e le trasformazioni tra essi.
Conclusione
Il concetto di stato termodinamico, unito al Principio Zero e alle scale termometriche, costituisce la base su cui poggia tutta la termodinamica.
Capire come si definisce la temperatura, cosa significa equilibrio e come funzionano le scale termometriche permette di affrontare con chiarezza:
le leggi dei gas
i processi termodinamici
le leggi fondamentali della termodinamica
Articolo completo, didattico e perfetto per gli studenti di Fisica 1.
Buono studio!
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