Quali sono le differenze tra espansione isotermica ed espansione adiabatica?

La termodinamica è lo studio del calore e del lavoro. Il calore e il lavoro sono modi per trasferire energia da e verso un sistema. L'energia interna - l'energia del movimento molecolare - cambia quando il calore e il lavoro vengono aggiunti o tolti da un sistema. Variabili termiche:

U - Energia interna (in realtà, movimento interno delle molecole)
Q - Calore (in calorie)
W - Lavoro (in joule) Nota: 1000 cal = 4186 joule

Prima legge della termodinamica

U = Q - W
I sistemi isotermici e adiabatici sono casi speciali della prima legge.

ISOTERMICO - Durante uno scambio termodinamico non si verificano variazioni di temperatura e quindi U = 0. La prima legge si riduce a Q = W.

In questo caso, lavoro e calore sono equivalenti.

Per un buon esempio di scambio isotermico, pensa a un ragazzo con enfisema che fa esplodere un pallone molto, molto lentamente. L'espansione è COSÌ LENTO che non si verifica alcun cambiamento di temperatura e l'energia interna è statica. Quasi come guardare la vernice asciutta.

ADIABATICO - Durante uno scambio termodinamico non si verifica alcun cambiamento di calore e quindi Q = 0. La prima legge si riduce a U = -W.

In questo caso, l'energia interna dipende interamente dal lavoro. Le equazioni per questo caso possono essere complicate. Ecco il modo per evitare ambiguità (e risposte errate sui test) -

(1) U = - (+ W)
In questa equazione il lavoro è positivo e viene svolto dal sistema sull'ambiente circostante. Quindi l'energia interna è negativa

(2) U = - (-W)
In questa equazione il lavoro è negativo e viene svolto sul sistema dall'ambiente circostante. Quindi l'energia interna è positiva.

Per un buon esempio di scambio adiabatico, pensa a un palloncino attaccato a una pompa di elio e fatto saltare rapidamente. Così rapidamente che il calore viene simulato e non ha tempo di reagire. Il caldo è come "Whoa, amico, cosa è appena successo?"

Tuttavia un terzo tipo di sistema termodinamico è ISOVOLUMETRICO in cui NON si verifica alcuna variazione di volume durante uno scambio termodinamico e quindi W = 0

Poiché il lavoro equivale alla modifica della pressione del volume x (W = PdeltaV), nessuna variazione del volume significa che non viene eseguito alcun lavoro. Quando W = 0, la Prima Legge si riduce a U = Q.

In questo caso, l'energia interna dipende interamente dal calore. Se il calore viene aggiunto a un sistema, Q è positivo e l'energia interna aumenta. Se il calore viene rimosso dal sistema, Q è negativo e l'energia interna diminuisce. Esempi tipici comportano reazioni in contenitori rigidi, dove non sono possibili variazioni di volume.