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Introduzione alla termodinamica: principi fondamentali e leggi dei gas

Thermodynamics Basic Theory Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors

La termodinamica è un campo molto interessante della fisica, specialmente per approfondire la conoscenza dei compressori d'aria. Questo articolo vuole fornire una breve introduzione alla termodinamica, esaminandone i principi fondamentali e le leggi dei gas di Boyle e Charles.

Che cosa sono le leggi della termodinamica?

L'energia si presenta sotto varie forme, ad esempio termica, meccanica, chimica, radiante (luce e affini) ed elettrica. La termodinamica studia l'energia termica, vale a dire la capacità di dare luogo a variazioni dei sistemi o di compiere un lavoro. La prima legge della termodinamica esprime il principio di conservazione dell'energia. Essa afferma che l'energia non può essere creata né distrutta; ne consegue che l'energia totale di un sistema chiuso è sempre conservata, rimanendo quindi costante e cambiando semplicemente forma. Il calore è pertanto una forma di energia che è possibile generare a partire dal lavoro o convertire in lavoro. La seconda legge della termodinamica afferma che vi è in natura una tendenza a procedere verso stati caratterizzati da un maggiore disordine molecolare. La misura del disordine è l'entropia: i solidi cristallini, vale a dire la forma della materia con la struttura più regolare, hanno valori bassissimi di entropia, mentre i gas, caratterizzati da una minore organizzazione, hanno valori elevati di entropia. Al crescere di quest'ultima, l'energia potenziale dei sistemi isolati disponibile per compiere un lavoro diminuisce. La seconda legge della termodinamica afferma che non è mai possibile alcun trasferimento "spontaneo" di calore da una regione a temperatura inferiore a una a temperatura superiore.

Leggi dei gas di Boyle e Charles

La legge di Boyle afferma che se la temperatura è costante (condizioni isoterme) anche il prodotto della pressione per il volume è costante (formula)
La legge di Boyle afferma che se la temperatura è costante (condizioni isoterme), anche il prodotto della pressione per il volume è costante.
La legge di Charles afferma che a pressione costante (condizioni isobare) il volume di un gas cambia in misura direttamente proporzionale alla variazione della temperatura (formula)
La legge di Charles afferma che a pressione costante (condizioni isobare) il volume di un gas cambia in misura direttamente proporzionale alla variazione della temperatura.
La legge generale dello stato dei gas è una combinazione delle leggi di Boyle e Charles. Essa specifica il modo in cui pressione, volume e temperatura si influenzano reciprocamente. formula
La legge generale dello stato dei gas è una combinazione delle leggi di Boyle e Charles. Essa specifica il modo in cui pressione, volume e temperatura si influenzano reciprocamente. Quando si cambia il valore di una di tali variabili, quello di almeno una delle altre due ne risente.
La costante R di un gas dipende soltanto dalle proprietà del gas stesso. Se una massa m di gas occupa il volume V, formula
La costante R di un gas dipende soltanto dalle proprietà del gas stesso. Se una massa m di gas occupa il volume V, è possibile scrivere la relazione:

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