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Termodinamica
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Di cosa parla
- Definizioni Fondamentali: Vengono introdotti concetti chiave come Universo, Sistema (isolato, chiuso, aperto), Ambiente, Proprietà (intensive, estensive), Fase, Stato termodinamico, Parete (adiabatica, diatermica) e Trasformazione o processo termodinamico.
- Principi della Termodinamica:
- Principio Zero: Introduce il concetto di temperatura empirica e isoterme.
- Primo Principio: Definisce l'energia interna (U) come funzione di stato, legando lavoro (dW=PdV) e calore (dq) alla sua variazione (dU = dq - dw).
- Secondo Principio (Clausius): Distingue processi spontanei, adiabaticamente impossibili e reversibili. Introduce l'entropia (S) come funzione di stato (dS = dq_rev/T) e stabilisce che in un sistema isolato la variazione di entropia è sempre maggiore o uguale a zero (ΔS ≥ 0).
- Ciclo di Carnot e Scala di Kelvin: Il ciclo di Carnot è analizzato come macchina termica ideale, portando al teorema di Carnot e alla proposizione di Kelvin, che definisce la scala di temperatura assoluta (Kelvin).
- Potenziali Termodinamici Ausiliari:
- Entalpia (H = U + PV): Utile per processi a pressione costante (ΔH = q).
- Energia Libera di Helmholtz (A = U - TS): Misura il lavoro utile a temperatura e volume costanti (dA ≤ 0).
- Energia Libera di Gibbs (G = U + PV - TS): Criterio di equilibrio a temperatura e pressione costanti (dG ≤ 0).
- Potenziale Chimico (μ): Estende i potenziali a sistemi multicomponente e reattivi (dG = -SdT + VdP + Σμidni).
- Relazioni di Maxwell e Grandezze Misurabili: Derivazioni delle relazioni di Maxwell che collegano derivate parziali dei potenziali. Introduzione delle capacità termiche a volume (Cv) e pressione (Cp) costante, dei coefficienti di espansione (α) e compressibilità (κ), e del calore latente (L).
- Miscele Ideali e Gas Perfetti: Studio delle equazioni di stato per gas perfetti (PV=RT) e miscele gassose ideali. Concetti di volume molare parziale e entalpia molare parziale. L'energia libera di Gibbs di miscelamento (ΔG_mix) per miscele ideali è negativa, guidando la spontaneità del mescolamento.
- Equilibrio Chimico: Viene introdotta la formalizzazione dell'equilibrio chimico tramite la minimizzazione dell'energia libera di Gibbs. Definizione dell'energia libera di Gibbs standard di reazione (ΔG_r°) e della costante di equilibrio (Kp). L'equazione di Van't Hoff descrive la dipendenza di Kp dalla temperatura. Viene illustrata l'applicazione della legge di Hess per calcolare le variazioni di energia nelle reazioni.
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