Cos'è primo principio della termodinamica?

Primo Principio della Termodinamica

Il primo principio della termodinamica, noto anche come legge di conservazione dell'energia, afferma che l'energia totale di un sistema isolato rimane costante; l'energia può essere trasformata da una forma all'altra, ma non può essere creata né distrutta. In altre parole, l'energia dell'universo è costante.

Il principio si esprime matematicamente in termini di variazione dell'energia interna (<a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/energia%20interna" target="_blank">energia interna</a>) di un sistema, del calore (Q) scambiato con l'ambiente esterno e del lavoro (W) compiuto dal o sul sistema:

ΔU = Q - W

Dove:

• ΔU rappresenta la variazione dell'<a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/energia%20interna" target="_blank">energia interna</a> del sistema. Un valore positivo indica un aumento dell'energia interna, mentre un valore negativo indica una diminuzione.
• Q rappresenta il calore trasferito al sistema. Un valore positivo indica che il calore è stato assorbito dal sistema (endotermico), mentre un valore negativo indica che il calore è stato ceduto dal sistema (esotermico).
• W rappresenta il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente esterno. Un valore positivo indica che il sistema ha compiuto lavoro sull'ambiente, mentre un valore negativo indica che l'ambiente ha compiuto lavoro sul sistema.

Implicazioni e Applicazioni:

• Il primo principio fornisce un modo per quantificare lo scambio di energia tra un sistema e il suo ambiente.
• È fondamentale per analizzare processi termodinamici come l'<a href="https://it.wikiwhat.page/kavramlar/espansione%20adiabatica" target="_blank">espansione adiabatica</a>, l'isocora e l'isobara.
• È alla base del funzionamento delle macchine termiche, dei frigoriferi e delle pompe di calore.
• Permette di calcolare l'efficienza energetica dei processi.

Esempio:

Se forniamo 100 J di calore (Q = +100 J) a un sistema e questo compie 40 J di lavoro (W = +40 J) sull'ambiente, la variazione dell'energia interna sarà:

ΔU = 100 J - 40 J = 60 J

L'energia interna del sistema è aumentata di 60 J.

Considerazioni importanti:

• Il primo principio si applica solo a sistemi chiusi, ovvero sistemi che possono scambiare energia ma non materia con l'ambiente.
• L'energia interna è una funzione di stato, il che significa che la sua variazione dipende solo dallo stato iniziale e finale del sistema, e non dal percorso seguito per raggiungere tale stato.
• Il calore e il lavoro, al contrario, non sono funzioni di stato; la loro quantità dipende dal percorso del processo.