"Enrico SMARGIASSI" ha scritto:
....
> Il problema e' che il termine "termica" non si sa bene quello che voglia
> dire. L'energia dovuta all'agitazione termica degli atomi? Allora
> considera questo caso:
>
> Una massa d'acqua a 0 C congela senza fare lavoro. Emette percio' una
> certa quantita' di calore (il calore latente di fusione). E tuttavia
> l'ernergia cinetica atomica praticamente non e' cambiata: la T e'
> virtualmente identica, dunque l'e.c. e' 3/2kT per atomo sia prima che dopo.
>
> Quindi avremmo del calore trasferito senza che l'"energia termica" del
> sistema sia cambiata, e questa definizione di e.t. (e qualunque che
> coinvolga l'asgitazione termica) non va bene. Ma allora quale usi?
Mi va bene intendere energia *associata al moto termico microscopico*,
comprendendo quindi non solo l'energia cinetica di traslazione (che in
media vale 3/2 kT per molecola) ma anche altre forme di energia, come
l'energia cinetica di rotazione e cinetica e potenziale di vibrazione delle molecole
e l'energia potenziale di interazione tra le molecole, con questa definizione
risulta che la massa di acqua che ha subito una transizione di fase isoterma
ha ceduto calore all'ambiente a spese della sua energia interna termica anche
se e' rimasta invariata l'energia cinetica media di traslazione delle molecole,
ad es. nel congelamento e' diminuita (diventata piu' negativa) l'energia
potenziale tra le molecole di acqua.
>> le batterie, avro' che l'energia interna di A sara' diminuita, quella di
>> B sara'
>> aumentata, quindi parte della energia interna di A e' stata ceduta a B, ma
>> questo non e' certo (solo) un passaggio di calore!
>
> Infatti io lo chiamerei lavoro, perche' si puo' esprimere come un
> cambiamento di uno dei parametri macroscopici del sistema. Quale
> parametro dipende dal tipo di batteria: per esempio, potrebbe essere la
> concentrazione di un elettrolita.
Certamente, in questo caso si tratta anche di un lavoro elettrico, e appunto le
batterie hanno subito anche delle trasformazioni di composizione chimica e
struttura che non sono riconducibili a mere variazioni dello stato di moto
molecolare termico, ma come dici giustamente corrispondono a
variazioni dei parametri macroscopici del sistema, quindi il "termica" ci
vuole per distinguere i processi in cui si ha solo uno scambio di calore
(energia interna termica in transito da un sistema fisico a un altro sistema fisico,
senza variazioni dei parametri macroscopici, a parte eventualmente la
temperatura) da quelli in cui viene effettuato un lavoro e sono coinvolte
altre forme di energia, interna o no.
>> Non ho capito bene, cosa consideri come sistema?
>
> Il mattone, col piano come ambiente. La mia riserva sta nel fatto che il
> moto del mattone non e' energia interna in senso stretto. E' possibile
> che non sia rilevante. In ogni caso trovo arbitrario ed ingiustificato,
> come ho spiegato in precedenza, escludere dal "calore" questo
> trasferimento di energia.
E se si trattasse di lavoro invece?
Finora avevo detto: il mattone non esegue lavoro sul piano perche'
la velocita' del piano e' sempre nulla, quindi l'integrale [F dot ds]
ove F e' la forza che il mattone esercita sul piano e ds lo spostamento
infinitesimo del piano e' nullo, ma con questo ho solo dimostrato che
il mattone non esegue lavoro *meccanico* sul piano, ma non esiste
solo il lavoro meccanico (abbiamo appena parlato di lavoro elettrico).
In questo caso, in presenza di forze dissipative come l'attrito, l'energia
meccanica del sistema mattone+piano non si conserva, e mi sembra
ragionevole dire che la trasformazione da energia cinetica associata
al moto macroscopico del mattone a energia interna del sistema
mattone+piano corrisponda a un lavoro (che potro' chiamare
di attrito o dissipativo) esercitato dal mattone sul piano.
Cio' segue del resto dalla definizione di lavoro che hai dato come scambio
di energia associato a una variazione dei parametri macroscopici
del sistema, infatti la velocita' e l'energia cinetica del mattone variano
durante il processo, e queste grandezze sono parametri macroscopici.
E adesso il cerchio si chiude!
Riconsideriamo il problema della espansione adiabatica irreversibile del gas
ideale, ora possiamo dire che l'opposto della variazione di energia
interna del gas -deltaU equivale *interamente* a lavoro eseguito dal gas
(cioe' la soluzione del problema che tu e Elio avevate dato all'inizio),
in parte lavoro meccanico eseguito sullo stantuffo (che quindi corrisponde
a lavoro "utile") e in parte a lavoro di attrito dovuto al fatto che il gas
in espansione cede energia cinetica del suo moto di traslazione macroscopico
alle pareti del cilindro a causa dell'attrito (oppure, se vogliamo considerare
la dizione "adiabatica" nel senso che il cilindro puo' scambiare calore con
il gas ma non con l'ambiente esterno al cilindro, e quindi cilindro e gas
costituiscono un unico sistema termodinamico, possiamo dire che l'energia
che il gas cede alle pareti sotto forma di lavoro di attrito, viene restituita
dalle pareti al gas sotto forma di calore, e allora avremo che il lavoro
eseguito dal gas sullo stantuffo e' esattamente uguale a -deltaU).
Insomma, mi sembra che con queste definizioni, di lavoro come energia
scambiata associata a variazioni dei parametri macroscopici del sistema
(escludendo tra i parametri la temperatura, cioe' uno scambio di energia
che determini a livello macroscopico solo una variazione di temperatura
non e' lavoro), e di calore come energia interna termica scambiata, si
possa determinare un quadro non contraddittorio, abbastanza completo e
utile per interpretare la fisica degli scambi e trasformazioni di energia.
Ciao
--
Giorgio Bibbiani
Ciao
--
Giorgio Bibbiani
Received on Thu Jul 14 2005 - 08:36:08 CEST