Spieghiamo cos'è la termodinamica e in cosa consiste un sistema termodinamico. Inoltre, quali sono le leggi della termodinamica.
Che cos'è la termodinamica?
Si chiama termodinamica (dal greco termos, "Calore" e dinamo, "Potere, forza") al ramo di fisico che studia le azioni meccaniche del calore e di altre forme simili di energia. Il suo studio si avvicina agli oggetti come veri e propri sistemi macroscopici, attraverso il metodo scientifico e ragionamento deduttivo, prestando attenzione a variabili estese come entropia, l'energia interna o il volume; così come variabili non estese come temperatura, il Pressione o il potenziale chimico, tra gli altri tipi di grandezze.
Tuttavia, la termodinamica non offre un'interpretazione delle quantità che studia e i suoi oggetti di studio sono sempre sistemi in uno stato di equilibrio, cioè quelli le cui caratteristiche sono determinabili da elementi interni e non tanto da forze esterne agenti su di essi. Per questo motivo, considera che Energia può essere scambiato da un sistema all'altro solo come a calore o da lavoro.
Lo studio formale della termodinamica iniziò grazie a Otto von Guericke nel 1650, fisico e giurista tedesco che progettò e costruì la prima pompa da vuoto, confutando Aristotele e la sua massima che "la natura aborrisce il vuoto" con le sue applicazioni. A seguito di questa invenzione, gli scienziati Robert Boyle e Robert Hooke hanno perfezionato i loro sistemi e hanno esaminato la correlazione tra pressione, temperatura e volume. Nacquero così i principi della termodinamica.
Sistema termodinamico
Un sistema termodinamico è inteso come una parte dell'universo che, per motivi di studio, è concettualmente isolata dal resto e cerca di comprendere autonomamente. Prendere nota dei modi in cui l'energia cambia o si conserva e, allo stesso tempo, dei suoi scambi di questione e/o energia con l'ambiente o con altri sistemi similari (se presenti). Si tratta, quindi, di un metodo di studio della termodinamica.
Il criterio principale per classificare questi sistemi si basa sul loro grado di isolamento dall'ambiente, distinguendo così tra:
- Sistemi aperti. Quelli che scambiano liberamente energia e materia con il loro ambiente, come fa la maggior parte dei sistemi conosciuti nella vita di tutti i giorni. Ad esempio: un'auto. Uno gli dà carburante e ritorna nell'ambiente gas E calore.
- Sistemi chiusi. Quelli che scambiano energia con il loro ambiente, ma non importa. Questo è ciò che accade con un contenitore chiuso, come una lattina, il cui contenuto è invariabile, ma perde calore con iltempo metereologico, disperdendolo nell'aria intorno ad esso.
- Sistemi isolati. Quelle che, in una certa misura, non scambiano energia o materia con l'ambiente. Non esistono sistemi perfettamente isolati, certo, ma in una certa misura esistono: un thermos che contiene Acqua caldo manterrà la sua temperatura per un po', abbastanza da mantenerlo isolato per un po'.
Leggi della termodinamica
La "legge zero" è logicamente espressa in questo modo: se A = C e B = C, allora A = B.
La termodinamica è governata da quanto stabilito nei suoi quattro principi o leggi fondamentali, formulati da vari scienziati nel corso della storia di questo disciplina. Tali principi o leggi sono:
- Primo principio, o Legge di conservazione dell'energia. Afferma che la quantità totale di energia in qualsiasi sistema fisico isolato dal suo ambiente sarà sempre la stessa, sebbene possa essere trasformata da una forma di energia a molte diverse. In poche parole: "L'energia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata".
- Terzo Principio, o Legge dello Zero Assoluto. Essa impone che l'entropia di un sistema portato allo zero assoluto sarà sempre una costante definita. Ciò significa che quando si raggiunge lo zero assoluto (-273,15 ° C o 0 K), i processi dei sistemi fisici si fermano e l'entropia ha un valore minimo costante.
- Principio zero o Legge dell'equilibrio termico. Si chiama "legge zero" perché, sebbene sia stata l'ultima a decorrere, i precetti basilari e fondamentali che essa stabilisce prevalgono sulle altre tre leggi. Essa impone che "se due sistemi sono in equilibrio termale indipendentemente con un terzo sistema, devono essere anch'essi in equilibrio termico tra loro”.
Termodinamica chimica
La termodinamica chimica è un campo di studio separato, focalizzato sulla correlazione tra calore e lavoro, e la reazioni chimiche, il tutto inquadrato in quanto stabilito dai principi della termodinamica. Si tratta, cioè, dell'applicazione delle leggi della termodinamica, in particolare delle prime due, al mondo delle reazioni tra sostanze e composti, al fine di ottenere le cosiddette "equazioni fondamentali di Gibbs", che regolano il modo in cui le energia chimica contenuto nei diversi composti cambia e viene trasmesso, ovvero come il grado di entropia del universo ogni volta che si verifica una reazione spontanea.