Il lavoro di un gas

Il lavoro nel piano p-V: l’area sotto la curva

Quando un gas si espande spinge il pistone e compie lavoro. Nel piano pressione-volume il lavoro è l’area sotto la curva della trasformazione. Da uno stesso stato iniziale a uno stesso stato finale si può arrivare per strade diverse, e i lavori sono diversi: il lavoro non è una funzione di stato.

Lavoro sulla strada scelta —
lavoro: prima isobara, poi isocora —
lavoro: prima isocora, poi isobara —
lavoro: in linea retta —
a pressione costante: L = p ΔV
in generale: L = area sotto la curva nel piano p-V

Se il pistone ha area S e si sposta di Δx a pressione costante, la forza è p S e il lavoro p S Δx = p ΔV: nel piano p-V è l’area di un rettangolo. Se la pressione cambia, si somma su tanti rettangolini sottili: il lavoro è l’area sotto la curva.

A volume costante (tratto verticale) il gas non fa lavoro: il pistone è fermo. Per questo la strada «prima a pressione alta, poi giù a volume costante» dà più lavoro della strada «prima giù, poi a pressione bassa».

Poiché ΔU fra A e B è sempre lo stesso (dipende solo da A e da B), dal primo principio anche il calore scambiato cambia con la strada. Unità pratiche: kPa per litro fa esattamente un joule.

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