Il primo principio della termodinamica

Il primo principio: calore, lavoro ed energia interna

Un gas può ricevere o cedere energia in due modi: come calore, attraverso le pareti, e come lavoro, spingendo o venendo spinto da un pistone. Il primo principio della termodinamica è la conservazione dell’energia: l’energia interna del gas aumenta del calore ricevuto e diminuisce del lavoro che il gas compie.

Variazione di energia interna —
Variazione di temperatura (0,1 mol) —
Calore —
Volume —
ΔU = Q − L
gas perfetto monoatomico: U = 3/2 n R T

Il calore Q è energia che passa per differenza di temperatura (la fiamma sotto il cilindro); il lavoro L è energia che passa con una forza che sposta qualcosa (il pistone). Entrambi si misurano in joule.

Il primo principio dice che ΔU = Q − L. Con la convenzione dei libri di fisica Q è positivo quando il gas riceve calore, e L è positivo quando è il gas a fare lavoro, cioè quando si espande. Se ricevesse 300 J di calore e ne usasse 100 per spingere il pistone, la sua energia interna crescerebbe di 200 J.

Per un gas perfetto l’energia interna dipende solo dalla temperatura: per un gas monoatomico U = 3/2 n R T. Per questo ΔU si vede come un cambiamento di temperatura: con 0,1 mol, 200 J corrispondono a 160 K in più.

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