Primo principio della termodinamica
Il 1° principio della termodinamica è la legge di conservazione dell’energia nei processi termodinamici.
L’energia può essere convertita da una forma all’altra ma non può essere né creata né distrutta, quindi come abbiamo visto può essere dispersa.
L’energia si conserva ma va sempre in una direzione, va spontaneamente in una sola direzione, da un luogo caldo a un luogo freddo:
perché il thè caldo si raffredda, mentre la tazza fredda non si riscalda ?
Per rispondere a questa domanda si passa al 2° principio della termodinamica.
Secondo principio della termodinamica
La trasformazione del calore in lavoro ha dei però:
A) la trasformazione è incompleta come dice l’enunciato di Kelvin-Planck,
B) il calore non passa da un corpo freddo a uno caldo come dice l’enunciato di Clausius.
A) Trasformazione energetica incompleta di Kelvin-Planck
Il motore di un’automobile trasforma l’energia chimica della benzina nel movimento della autovettura, però osserviamo che il cofano è caldo, quindi solo una parte dell’energia termica della combustione diventa meccanica. I migliori motori riescono al massimo ad avere un rendimento solo del 50%: il rendimento non è mai del 100%.
B) Unidirezionalità del calore verso il freddo di Clausius
Un cubetto di ghiaccio in un bicchiere dopo un po’ si scioglie e il bicchiere si raffredda, ma non succede mai che aggiungendo acqua calda ad un bicchiere si trasformi in ghiaccio e il bicchiere si riscaldi.
L’enunciato di Clausius si riferisce a fenomeni spontanei, infatti c’è un solo modo per andare contro, è quello che succede coi frigoriferi, che non sono macchine spontanee ma abbisognano della spina attaccata alla rete, cioè di altra energia.
E’ sempre possibile portare il calore dall’ambiente alla tazza di the freddo, ma per farlo bisogna spendere energia, quindi il fenomeno è possibile ma non avviene da sé, non è spontaneo.
Solitamente sono spontanee le reazioni esotermiche, mentre reazioni chimiche endotermiche spontanee sono rare.
Terzo principio della termodinamica
Allo zero assoluto -273,15°C tutto si ferma e l’entropia non varia più.