Termologia e Termodinamica

a.a. 2010/2011Prof Nicola Perna

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Molte grandezze fisiche variano al variare della temperatura:• lunghezza dei corpi;• pressione di un gas;• volume di un gas;• viscosità di un liquido;• resistenza elettrica;• …

Molte grandezze fisiche variano al variare della temperatura:• lunghezza dei corpi;• pressione di un gas;• volume di un gas;• viscosità di un liquido;• resistenza elettrica;• …

Il corpo umano percepisce la temperatura con le sensazioni di caldo e freddo.Il corpo umano percepisce la temperatura con le sensazioni di caldo e freddo.

TEMPERATURATEMPERATURA

Giunto di espansione di un ponte

TERMOLOGIA

.

Temperatura e Calore

La materia è costituita da atomi, costituiti a loro volta da nucleoni (protoni, neutroni ed elettroni).La massa di un atomo dipende dal numero dei nucleoni da cui è formato.Gli atomi non sono mai fermi (moto Browniano); nei solidi oscillano attorno a posizioni dei equilibrio nei reticoli, nei liquidi gli atomi o le molecole si muovono più liberamente scorrendo le une sulle altre, nei gas le forze di interazione interatomiche o intermolecolari sono così deboli che si può affermare che si muovono liberamente. La velocità a cui si muovono dipende dalla temperatura e quindi dalla loro energia cinetica.

La definizione di temperatura rimanda ad un concetto intuitivo e sensoriale legata al tatto.La temperatura, in realtà è una grandezza correlata all’agitazione delle particelle e quindi al cosiddetto livello termico.

Per la definizione di una scala si fa riferimento a fenomeni fisici, per la scala Celsius:-punto di fusione del ghiaccio (0°)-punto di ebollizione dell’acqua (100°)

alla pressione di 1 atm.

Nel SI su usa la scala Kelvin: °K=°C+273

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Nella pratica clinica si usa il termometro a massima che registra la massima temperatura, perché una strozzatura fra bulbo e capillare impedisce al mercurio di rientrare nel bulbo.

Nella pratica clinica si usa il termometro a massima che registra la massima temperatura, perché una strozzatura fra bulbo e capillare impedisce al mercurio di rientrare nel bulbo.

Le variazioni di lunghezza della colonna di mercurio sono tradotte nella misura della temperatura.

Le variazioni di lunghezza della colonna di mercurio sono tradotte nella misura della temperatura.

TEMPERATURATEMPERATURA

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Punti fissi scala Celsius:0 oC ghiaccio fondente100 oC acqua bollente

Punti fissi scala Celsius:0 oC ghiaccio fondente100 oC acqua bollente

Punti fissi scala Fahrenheit:32 oF ghiaccio fondente212 oF acqua bollente

Punti fissi scala Fahrenheit:32 oF ghiaccio fondente212 oF acqua bollente

F180F32θ

C100θ FC

°

°

°

−=

SCALE TERMOMETRICHESCALE TERMOMETRICHE

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Legge empirica di variazione del volume con la temperatura:

β: coefficiente di dilatazione termica

Legge empirica di variazione del volume con la temperatura:

β: coefficiente di dilatazione termica

)1(0 tVV β+=

SOSTANZA β (oC-1)Alcool etilico 1.1⋅10-4

Glicerina 5.1⋅10-4

Mercurio 1.8⋅10-4

Acciaio 3.1⋅10-5

Vetro 2.4⋅10-5

Quarzo 1.5⋅10-6

DILATAZIONE TERMICADILATAZIONE TERMICA

7

Il comportamento anomalo si verifica al di sotto di 4oC Il comportamento anomalo si verifica al di sotto di 4oC

COMPORTAMENTO ANOMALO DELL’ACQUA

COMPORTAMENTO ANOMALO DELL’ACQUA

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Isoterma (θ = cost.):Isoterma (θ = cost.): cost.=pV

Si chiama gas perfetto o gas ideale, quel gas che obbedisce incondizionatamente alle precedenti leggi.Si chiama gas perfetto o gas ideale, quel gas che obbedisce incondizionatamente alle precedenti leggi.

Per i gas reali tali leggi sono approssimativamente rispettate alle alte temperature e/o alle basse pressioni. Per i gas reali tali leggi sono approssimativamente rispettate alle alte temperature e/o alle basse pressioni.

LEGGI DEI GAS PERFETTILEGGI DEI GAS PERFETTI

Isocora (V = cost.):Isocora (V = cost.): ( )Tpp α+= 10

Isobara (p = cost.):Isobara (p = cost.): ( )TVV α+= 10

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Per tutti i gas: Per tutti i gas: C°2.2731=α

–273.2

V

θ(°C)

V0

p

θ(°C)

p0

–273.2

Dalla legge dell’isobara (isocora) si deduce che il volume (la pressione) si annulla alla temperatura -1/α.Dalla legge dell’isobara (isocora) si deduce che il volume (la pressione) si annulla alla temperatura -1/α.

)1(0 Tpp α+= )1(0 TVV α+=

LEGGI DEI GAS PERFETTILEGGI DEI GAS PERFETTI

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Si definisce temperatura assoluta TT e si esprime in kelvin (K), senza simbolo di grado:Si definisce temperatura assoluta TT e si esprime in kelvin (K), senza simbolo di grado:

K 2.2731con 00 =α

=+θ= TTT

Legge dell’isobara:Legge dell’isobara: ( ) TTVVVV

0

000

11 =

θ+

αα=α θ+=

Legge dell’isocora:Legge dell’isocora: ( ) TTpppp

0

000

11 =

θ+

αα=α θ+=

SCALA ASSOLUTA (O KELVIN)SCALA ASSOLUTA (O KELVIN)

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Equazione di stato:n: numero di moliR: costante universaleT: temperatura assoluta

Equazione di stato:n: numero di moliR: costante universaleT: temperatura assoluta

nRTpV =

Kmoljoule31.8

Kmolcal98.1

Kmolatmlitri082.0

⋅=

⋅=

⋅⋅=R

1 mole: quantità in grammi pari alla massa molecolare.1 mole: quantità in grammi pari alla massa molecolare.

1 mole di un qualunque gas contiene un numero di molecole pari a NA=6.02⋅1023

(numero di Avogadro).

1 mole di un qualunque gas contiene un numero di molecole pari a NA=6.02⋅1023

(numero di Avogadro).

LEGGI DEI GAS PERFETTILEGGI DEI GAS PERFETTI

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Lo scambio di calore Q fra i corpi può produrre:• una variazione di temperatura;• un passaggio di stato.

Lo scambio di calore Q fra i corpi può produrre:• una variazione di temperatura;• un passaggio di stato.

Unità di misura del calore nel S.I. è la kilocaloria (kcal, Cal): quantità di calore necessaria per portare 1 kg di acqua distillata da 14.5 oC a 15.5 oC.

Unità di misura del calore nel S.I. è la kilocaloria (kcal, Cal): quantità di calore necessaria per portare 1 kg di acqua distillata da 14.5 oC a 15.5 oC.

Unità di misura del calore nel c.g.s. è la caloria (cal): quantità di calore necessaria per portare 1 g di acqua distillata da 14.5 oC a 15.5 oC.

Unità di misura del calore nel c.g.s. è la caloria (cal): quantità di calore necessaria per portare 1 g di acqua distillata da 14.5 oC a 15.5 oC.

CALORECALORE

Capacità termica e calore specifico Fornendo calore ad un sistema si ha aumento della temperatura.

TQC

∆= Capacità Termica con Q quantità di calore fornito e ∆T aumento di temperatura

Se il sistema è costituito da una sola sostanza la Capacità termica è proporzionale alla massa

mCc = Calore specifico Unità di misura di Q è la Caloria (calore per passare da 14,5° a

15,5° di 1g di acqua)

Il calore passa spontaneamente da un sistema a temperatura più alta a uno a più bassa, fino al raggiungimento dell’Equilibrio Termico, attraverso:

CONDUZIONE: urti tra molecole vicine (differente per differenti sostanze- conduttività termica)CONVEZIONE: trasferimento di energia con trasporto di materia (acqua calda che sale verso l’alto)IRRAGGIAMENTO: propagazione di calore sotto forma di onde elettromagnetiche.

PRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICA

Se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sistema, allora questi sono in equilibrio termico l’uno con l’altro.

CALORECALORE

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Osservazione sperimentale: una perdita di energia meccanica corrisponde sempre ad una produzione di calore.

Osservazione sperimentale: una perdita di energia meccanica corrisponde sempre ad una produzione di calore.

Esperienza di JouleEsperienza di Joule

JQL =

ENERGIA E CALOREENERGIA E CALORE

J: equivalente meccanico della caloriaJ: equivalente meccanico della caloria

caljoule 18.4

kcaljoule 4180 ==J

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Lo scambio di calore fra corpo ed ambiente produce una variazione dell’energia delle molecole che costituiscono il corpo.

Lo scambio di calore fra corpo ed ambiente produce una variazione dell’energia delle molecole che costituiscono il corpo.

Il calore rappresenta l’energia scambiata a livello molecolare.Il calore rappresenta l’energia scambiata a livello molecolare.

Si chiama energia interna la somma dell’energia cinetica (moto di agitazione molecolare) e dell’energia potenziale (forze di legame intramolecolari).

Si chiama energia interna la somma dell’energia cinetica (moto di agitazione molecolare) e dell’energia potenziale (forze di legame intramolecolari).

ENERGIA E CALOREENERGIA E CALORE

16

Per i corpi omogenei vale la relazione:

cs: calore specifico della sostanza di cui è fatto il corpo

Per i corpi omogenei vale la relazione:

cs: calore specifico della sostanza di cui è fatto il corposcmC ⋅=

Calore scambiato da un corpo senza variazioni del suo stato di aggregazione:

C: capacità termica del corpo

Calore scambiato da un corpo senza variazioni del suo stato di aggregazione:

C: capacità termica del corpo)( ifCQ θ−θ⋅=

Unità di misura del calore specifico:Unità di misura del calore specifico:

Cgcal

Ckgkcal

oo ⋅=

⋅

ENERGIA E CALOREENERGIA E CALORE

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Temperatura di equilibrio:Temperatura di equilibrio:

All’equilibrio:All’equilibrio:

Due corpi a diversa temperatura posti in contatto termico raggiungono la stessa temperatura finale, intermedia fra le due temperature iniziali.

Due corpi a diversa temperatura posti in contatto termico raggiungono la stessa temperatura finale, intermedia fra le due temperature iniziali.

0)()( 222111 =θ−θ⋅⋅+θ−θ⋅⋅ ifif cmcm

2211

222111

cmcmcmcm ii

f ⋅+⋅θ⋅⋅+θ⋅⋅

=θ

EQUILIBRIO TERMICOEQUILIBRIO TERMICO

18

Il cambiamento di stato avviene ad una definita temperatura che dipende dalla sostanza e dalla pressione esterna.

Il cambiamento di stato avviene ad una definita temperatura che dipende dalla sostanza e dalla pressione esterna.

Il cambiamento di stato avviene isotermicamente ed è accompagnato da uno scambio di calore, legato alle variazioni dell’energia chimica di legame.

Il cambiamento di stato avviene isotermicamente ed è accompagnato da uno scambio di calore, legato alle variazioni dell’energia chimica di legame.

SOLIDOSOLIDO LIQUIDOLIQUIDO VAPOREVAPORE

fusione

solidificazione

ebollizione

condensazione

CAMBIAMENTI DI STATOCAMBIAMENTI DI STATO

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Si definisce calore latente L la quantità di calore necessaria per far compiere isotermicamente all’unità di massa della sostanza un passaggio di stato.

Si definisce calore latente L la quantità di calore necessaria per far compiere isotermicamente all’unità di massa della sostanza un passaggio di stato.

Calore necessario per il passaggio di stato di una massa m di quella sostanza:Calore necessario per il passaggio di stato di una massa m di quella sostanza:

LmQ ⋅=

Per il passaggio di stato ghiaccio-acqua alla pressione atmosferica:Per il passaggio di stato ghiaccio-acqua alla pressione atmosferica:

gcal80kgkcal 80 ==L

CAMBIAMENTI DI STATOCAMBIAMENTI DI STATO

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CAMBIAMENTI DI STATOCAMBIAMENTI DI STATO

Temperatura in funzione del calore fornito a pressione atmosferica per trasformare 1.0 kg di ghiaccio a −40 °C in vapore oltre i 100 °C.Temperatura in funzione del calore fornito a pressione atmosferica per trasformare 1.0 kg di ghiaccio a −40 °C in vapore oltre i 100 °C.

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L’evaporazione avviene sino a quando l’ambiente non raggiunge la saturazione, cioè non può contenere altre molecole di quel liquido (vapore saturo).

L’evaporazione avviene sino a quando l’ambiente non raggiunge la saturazione, cioè non può contenere altre molecole di quel liquido (vapore saturo).

La sublimazione e la evaporazione sono cambiamenti di stato che avvengono a tutte le temperature ed i cui rispettivi calori latenti dipendono dalla temperaturaLa sublimazione e la evaporazione sono cambiamenti di stato che avvengono a tutte le temperature ed i cui rispettivi calori latenti dipendono dalla temperatura

CAMBIAMENTI DI STATOCAMBIAMENTI DI STATO

SOLIDOSOLIDOLIQUIDOLIQUIDO

VAPOREVAPOREsublimazione

evaporazione

La pressione o tensione di vapore saturo è caratteristica della sostanza ed è funzione crescente della temperatura.La pressione o tensione di vapore saturo è caratteristica della sostanza ed è funzione crescente della temperatura.

22

Il calore si propaga per:

Conduzione: senza trasporto di materia (solidi);

Convezione: con trasporto di materia (fluidi);

Irraggiamento: per onde elettromagnetiche (vuoto).

Il calore si propaga per:

Conduzione: senza trasporto di materia (solidi);

Convezione: con trasporto di materia (fluidi);

Irraggiamento: per onde elettromagnetiche (vuoto).

PROPAGAZIONE DEL CALOREPROPAGAZIONE DEL CALORE

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Un uomo di 70 kg in condizioni di riposo produce circa 70 kcal/h; durante un esercizio fisico la produzione di calore può essere anche 20 volte maggiore.

Un uomo di 70 kg in condizioni di riposo produce circa 70 kcal/h; durante un esercizio fisico la produzione di calore può essere anche 20 volte maggiore.

La temperatura del corpo è rilevata da alcuni neuroni dell’ipotalamo, che sono sensibili alla temperatura del sangue circostante ed attivano alcuni meccanismi per mantenere la temperatura costantemente uguale a 37°C.

La temperatura del corpo è rilevata da alcuni neuroni dell’ipotalamo, che sono sensibili alla temperatura del sangue circostante ed attivano alcuni meccanismi per mantenere la temperatura costantemente uguale a 37°C.

La sorgente del calore corporeo proviene dalla combustione degli alimenti (metabolismo).La sorgente del calore corporeo proviene dalla combustione degli alimenti (metabolismo).

TERMOREGOLAZIONETERMOREGOLAZIONE

.

Il meccanismo più efficiente del nostro corpo per la perdita di colore è l’irraggiamento. E’ un meccanismo che è efficace anche in presenza di indumenti. Ha però la caratteristica che raffredda il corpo solo in presenza di temperatura ambiente più fredda del corpo stesso altrimenti lo riscalda.

I fenomeni di conduzione e convezione sono meno efficaci. Come per l’irraggiamento la direzione di trasporto del calore è spesso opposta ai bisogni dell’organismo.

L’unico processo che permette il raffreddamento del corpo anche quando la temperatura ambiente è più alta di quella corporea è il processo di evaporazione.Il sudore sulla superficie corporea sottrae calore all’organismo nel passaggio da liquido a vapore.Alla pressione di 1 atm si ha che 1g di acqua sottrae nell’evaporazione circa 540 calorie.In presenza di alta umidità atmosferica tale meccanismo è meno efficiente.

Il meccanismo più efficiente del nostro corpo per la perdita di colore è l’ irraggiamento. E’ un meccanismo che è efficace anche in presenza di indumenti. Ha però la caratteristica che raffredda il corpo solo in presenza di temperatura ambiente più fredda del corpo stesso altrimenti lo riscalda.

I fenomeni di conduzione e convezione sono meno efficaci. Come per l’irraggiamento la direzione di trasporto del calore è spesso opposta ai bisogni dell’organismo.

L’unico processo che permette il raffreddamento del corpo anche quando la temperatura ambiente è più alta di quella corporea è il processo di evaporazione.Il sudore sulla superficie corporea sottrae calore all’organismo nel passaggio da liquido a vapore.Alla pressione di 1 atm si ha che 1g di acqua sottrae nell’evaporazione circa 540 calorie.In presenza di alta umidità atmosferica tale meccanismo è meno efficiente.

Le componenti principali del sistema termico del corpo umano sono:• Sangue, che è il mezzo di trasporto interno del calore;• Ipotalamo, speciali neuroni sensibili alla temperatura del sangue;• Radiatore superficiale, ossia la superficie esposta del corpo.

Ambiente freddo: scambio di calore della pelle molto intenso, conseguente afflusso di calore dall’interno con abbassamento della temperatura e intervento dell’ipotalamo con meccanismi di aumento del metabolismo e attività muscolare involontaria e vasocostrizione.

Ambiente caldo: i sistemi risultano inefficienti a meno della sudorazione e conseguente evaporazione Febbre: la presenza di sostanze pirogene sposta la temperatura di equilibrio dell’ipotalamo (37°C) che

innesca meccanismi di riscaldamento (brividi e vasocostrizione) fino a quando non cessa l’azione dei pirogeni. A questo punto la temperatura di equilibrio dell’ipotalamo torna a 37°C e quindi innesca meccanismi di raffreddamento (sudore, vasodilatazione)

Le componenti principali del sistema termico del corpo umano sono:• Sangue, che è il mezzo di trasporto interno del calore;• Ipotalamo, speciali neuroni sensibili alla temperatura del sangue;• Radiatore superficiale, ossia la superficie esposta del corpo.

Ambiente freddo: scambio di calore della pelle molto intenso, conseguente afflusso di calore dall’interno con abbassamento della temperatura e intervento dell’ipotalamo con meccanismi di aumento del metabolismo e attività muscolare involontaria e vasocostrizione.

Ambiente caldo: i sistemi risultano inefficienti a meno della sudorazione e conseguente evaporazione Febbre: la presenza di sostanze pirogene sposta la temperatura di equilibrio dell’ipotalamo (37°C) che

innesca meccanismi di riscaldamento (brividi e vasocostrizione) fino a quando non cessa l’azione dei pirogeni. A questo punto la temperatura di equilibrio dell’ipotalamo torna a 37°C e quindi innesca meccanismi di raffreddamento (sudore, vasodilatazione)

TERMOREGOLAZIONETERMOREGOLAZIONE

25

Hm : calore prodotto dal metabolismo;Hc : calore dissipato per convezione;Hi : calore dissipato per irraggiamento;Ht : calore dissipato per traspirazione del sudore;He : calore dissipato per evaporazione polmonare.

Hm : calore prodotto dal metabolismo;Hc : calore dissipato per convezione;Hi : calore dissipato per irraggiamento;Ht : calore dissipato per traspirazione del sudore;He : calore dissipato per evaporazione polmonare.

Dal punto di vista termico il corpo umano è in equilibrio quando l’eccesso di calore prodotto dal metabolismo è uguale a quello eliminato.

Dal punto di vista termico il corpo umano è in equilibrio quando l’eccesso di calore prodotto dal metabolismo è uguale a quello eliminato.

eticm HHHHH +++=

TERMOREGOLAZIONETERMOREGOLAZIONE

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Espansione di un gas a pressione costanteEspansione di un gas a pressione costante

VphpShFL ∆⋅=⋅=⋅=

A1

B1

p

V

A B

VA VB

LAVORO DI UN GASLAVORO DI UN GAS

27

Convenzioni sul segno di calore e lavoro per un generico sistema termodinamico:

Q > 0 : Calore assorbito

Q < 0 : Calore ceduto

L > 0 : Lavoro eseguito

L < 0 : Lavoro subìto

Convenzioni sul segno di calore e lavoro per un generico sistema termodinamico:

Q > 0 : Calore assorbito

Q < 0 : Calore ceduto

L > 0 : Lavoro eseguito

L < 0 : Lavoro subìto

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sistema

Q > 0

L < 0

L > 0

Q < 0

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Il calore Q ed il lavoro L scambiati da un sistema termodinamico con l’ambiente esterno producono una variazione di energia interna U secondo il principio di conservazione dell’energia.

Il calore Q ed il lavoro L scambiati da un sistema termodinamico con l’ambiente esterno producono una variazione di energia interna U secondo il principio di conservazione dell’energia.

Q LUi Uf

LQUUU if −=−=∆

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

29

I fenomeni naturali presentano un verso privilegiato di evoluzione quando avvengono spontaneamente.I fenomeni naturali presentano un verso privilegiato di evoluzione quando avvengono spontaneamente.

Esempi:• L’energia meccanica si trasforma in calore;• Il calore passa spontaneamente dal corpo più caldo

al corpo più freddo.

Esempi:• L’energia meccanica si trasforma in calore;• Il calore passa spontaneamente dal corpo più caldo

al corpo più freddo.

Tuttavia è possibile rovesciare il verso naturale di questi fenomeni con particolari accorgimenti (ciclo di Carnot e machina frigorifera).

Tuttavia è possibile rovesciare il verso naturale di questi fenomeni con particolari accorgimenti (ciclo di Carnot e machina frigorifera).

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

30

Ciclo di Carnot per un gas perfettoSi tratta di un ciclo ideale realizzato da una successione di trasformazioni reversibili operanti tra due sorgenti a temperatura T2 e T1.Il ciclo è costituito da due isoterme, durante le quali avvengono gli scambi di calore con le due sorgenti, alternate da due adiabatiche atte a condurre il fluido operanteda una temperatura all’altra.

Ciclo di Carnot per un gas perfettoSi tratta di un ciclo ideale realizzato da una successione di trasformazioni reversibili operanti tra due sorgenti a temperatura T2 e T1.Il ciclo è costituito da due isoterme, durante le quali avvengono gli scambi di calore con le due sorgenti, alternate da due adiabatiche atte a condurre il fluido operanteda una temperatura all’altra.

31

Teorema di CarnotTeorema di Carnot

PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA

2° Principio della termodinamica

Secondo la formulazione di Clausius:Il calore fluisce naturalmente da un corpo a temperatura più alta ad uno a temperatura più bassa, e non è possibile spontaneamente il contrario.

Macchine termiche:La macchina termica è quel dispositivo in grado di trasformare il calore in lavoro, attraverso un trasferimento di calore da un sistema più caldo ad uno più freddo. Sostanzialmente vi sono 2 tipi di macchine: alternative e a turbina.

Rendimento di una macchina termica:Il rendimento di una macchina termica è definito come il rapporto tra il lavoro prodotto W e l’energia (calore) QA coinvolta nel processo. Considerando che una parte non viene trasformata il lavoro ma ceduta come QB si ha che:

A

B

A

BA

A QQ

QQQ

QWe −=−== 1 Efficienza di una macchina

Per una macchina ideale i calori QA e QB sono proporzionali alle temperature TA e TB da cui si evince che: e è sempre minore di 1

PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA

L’entropia

L’Entropia è definita come una funzione di stato di un sistema ed esprime il suo grado di degradazione.

Nel caso di una trasformazione il parametro importante è la variazione di Entropia ∆S=Q/T.Dove Q è il calore ceduto ad un sistema in una trasformazione reversibile e T è la temperatura assoluta del sistema.Nei casi ideali ∆S=0 mentre nei casi reali ∆S>0.

Questo significa che nel caso di trasformazioni irreversibili, quindi spontanee, il secondo principio della termodinamica si può enunciare:

In qualsiasi trasformazione spontanea, l’entropia totale di un sistema isolato, ovvero l’entropia di un sistema più quella dell’ambiente, aumenta.

Essendo l’Universo un sistema chiuso, l’entropia totale dello stesso, ovvero l’energia non sfruttabile aumenta sempre di più.

L’entropia è un concetto legato al disordine per cui si può affermare che:

Le trasformazioni spontanee tendono sempre verso uno stato di maggior disordine.

PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA

35

CALORE e LAVORO, pur essendo due diverse forme di energia, non sono del tutto equivalenti:il lavoro è una forma di energia ordinata (più pregiata);il calore è una forma di energia disordinata (meno pregiata).

CALORE e LAVORO, pur essendo due diverse forme di energia, non sono del tutto equivalenti:il lavoro è una forma di energia ordinata (più pregiata);il calore è una forma di energia disordinata (meno pregiata).

Formulazione di Kelvin:“È impossibile realizzare una macchina che, lavorando in ciclo, trasformi interamente in lavoro il calore prelevato ad una sorgente.”

Formulazione di Kelvin:“È impossibile realizzare una macchina che, lavorando in ciclo, trasformi interamente in lavoro il calore prelevato ad una sorgente.”

Formulazione di Clausius:“È impossibile che il calore passi da un corpo più freddo ad uno più caldo senza una adeguata spesa di lavoro.”

Formulazione di Clausius:“È impossibile che il calore passi da un corpo più freddo ad uno più caldo senza una adeguata spesa di lavoro.”

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

36

Teorema di NernstIl valore dell’entropia di un sistema in equilibrio tende a zero al tendere della temperatura allo zero assoluto.

Per un sistema che passa da 0 ºK a T ºK la variazione di entropia è:ΔS = ST- S0

S0=0ΔS = ST

Si deduce quindi che la variazione di entropia fra 0 ºK e T ºK rappresenta l’entropia del sistema alla temperatura di T ºK.

Teorema di NernstIl valore dell’entropia di un sistema in equilibrio tende a zero al tendere della temperatura allo zero assoluto.

Per un sistema che passa da 0 ºK a T ºK la variazione di entropia è:ΔS = ST- S0

S0=0ΔS = ST

Si deduce quindi che la variazione di entropia fra 0 ºK e T ºK rappresenta l’entropia del sistema alla temperatura di T ºK.

TERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICATERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

37

L’energia utilizzata dall’organismo umano, per il suo funzionamento e per compiere una certa attività, è fornita dagli alimenti.

L’energia utilizzata dall’organismo umano, per il suo funzionamento e per compiere una certa attività, è fornita dagli alimenti.

Esempio:Esempio:

Si definisce metabolismo il consumo di energia per unità di tempo.Si definisce metabolismo il consumo di energia per unità di tempo.

kcal 666O6H6CO6OOHC 2226126 ++→+

METABOLISMOMETABOLISMO

38

alla pressione di 1 atm occorrono 134.4 litri di ossigeno per liberare 666 kcal.alla pressione di 1 atm occorrono 134.4 litri di ossigeno per liberare 666 kcal.

Contenuto energetico del glucosio:Contenuto energetico del glucosio:

Valore calorico dell’ossigeno:Valore calorico dell’ossigeno:

gkcal3.7

gkcal

180666 =

litrokcal5

litrikcal

134.4666 ≅

METABOLISMOMETABOLISMO

kcal 666O6H6CO6OOHC 2226126 ++→+

39

La misura del consumo d’ossigeno consente il calcolo della variazione di energia interna dell’organismo.La misura del consumo d’ossigeno consente il calcolo della variazione di energia interna dell’organismo.

Esempio:

30 litri di O2 consumati in 1 ora producono l’energia termica:

Esempio:

30 litri di O2 consumati in 1 ora producono l’energia termica:

orakcal150

litrokcal5

oralitri30 =⋅

METABOLISMOMETABOLISMO

40

Metabolismo basale: consumo di energia ad unità di tempo per kg di massa corporea in condizioni di riposo.Metabolismo basale: consumo di energia ad unità di tempo per kg di massa corporea in condizioni di riposo.

Valori medi del metabolismo basale:

Uomini:

Donne:

Valori medi del metabolismo basale:

Uomini:

Donne:

kgW1.2

kgW1.1

METABOLISMOMETABOLISMO