17. Princìpi della termodinamica#
In questo capitolo vengono presentati i princìpi della termodinamica classica, i concetti e il formalismo matematico utili per formularli. I princìpi della termodinamica vengono introdotti per sistemi chiusi, e successivamente estesi ai sistemi aperti.
Il principio di conservazione della massa - di Lavoisier valido in meccanica classica, riassumibile con la formula «nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma», asserisce che in un sistema chiuso la massa è costante,
\[d M = 0 \ .\]Il primo principio della termodinamica fornisce la forma generale del bilancio dell’energia totale di un sistema chiuso, riconoscendo il lavoro delle forze esterne \(\delta L^{ext}\) e il calore \(\delta Q^{ext}\) scambiato dal sistema con l’ambiente esterno come le cause della variazione dell’energia totale del sistema.
\[d E^{tot} = \delta L^{ext} + \delta Q^{ext} \ .\]L’opera di Gibbs fornisce i concetti necessari e una formalizzazione matematica rigorosa della termodinamica classica. Vengono introdotti i concetti di energia interna, variabile di stato, la regola delle fasi di Gibbs; vengono poi presentati alcuni diagrammi di fase per la rappresentazione dello stato di un sistema e le trasformazioni termodinamiche e che verranno utilizzati nei capitoli successivi.
Il secondo principio della termodinamica traduce le tendenze naturali: la dissipazione dell’energia meccanica macroscopica e la trasmissione del calore da un corpo caldo a un corpo freddo, in un principio formulabile in termini di entropia,
Infine, i bilanci delle quantità fisiche per sistemi aperti vengono ricavati modificando i bilanci per sistemi chiusi, introducendo i termini di flusso delle grandezze fisiche dovuti al trasporto di materia attraverso la frontiera del sistema.