Animazioni di termodinamica

Dieci animazioni sull’energia che entra ed esce da un gas come calore e come lavoro: il primo principio, il lavoro letto come area nel piano p-V, le trasformazioni con le molecole, i cicli delle macchine termiche, il ciclo di Carnot, il motore a quattro tempi, il frigorifero, e l’entropia che spiega perché certe cose succedono in un verso solo. Ognuna sta nella sua pagina: si apre, si muovono i cursori, e i numeri li calcola la scena.

Il primo principio della termodinamica Il primo principio: calore, lavoro ed energia interna Un gas riceve calore e spinge un pistone: le barre mostrano che l’energia interna cambia di Q − L. Il lavoro di un gas Il lavoro nel piano p-V: l’area sotto la curva Il gas va dallo stato A allo stato B per tre strade diverse: il lavoro è l’area colorata, e cambia con la strada. Isoterma e adiabatica Isoterma e adiabatica: comprimere un gas con le molecole Il pistone comprime e dilata il gas: isolato si scalda e si raffredda, nel bagno d’acqua resta alla stessa temperatura. Le trasformazioni cicliche Un ciclo termodinamico: il lavoro è l’area racchiusa Il gas percorre un ciclo rettangolare nel piano p-V: il lavoro netto è l’area interna, e il rendimento è lavoro diviso calore assorbito. Il ciclo di Carnot Il ciclo di Carnot: il rendimento più alto possibile Due isoterme e due adiabatiche fra una sorgente calda e una fredda: il rendimento dipende solo dalle due temperature. Le macchine termiche La macchina termica: dove va il calore Il calore entra dalla sorgente calda, una parte esce come lavoro, il resto finisce nella sorgente fredda: le frecce hanno la larghezza dell’energia. Frigoriferi e pompe di calore Il frigorifero: portare il calore in salita Il compressore spende lavoro per togliere calore dall’interno freddo e scaricarlo nella cucina più calda. Il ciclo Otto Il motore a quattro tempi: il ciclo Otto Aspirazione, compressione, scoppio ed espansione, scarico: il pistone e la manovella si muovono insieme al punto nel piano p-V. Il verso dei processi Il calore va dal caldo al freddo: l’entropia cresce Due blocchi a temperature diverse a contatto: il calore passa dal caldo al freddo finché sono uguali, e l’entropia totale cresce. Entropia e probabilità Entropia e probabilità: perché il gas non torna indietro Il gas, tutto a sinistra, si allarga appena si toglie il divisorio, e non torna più tutto da una parte: è una questione di probabilità.