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Il primo principio della termodinamica stabilisce che l'energia non può essere creata né distrutta, ma solo trasformata. Questo concetto è fondamentale per comprendere il trasferimento di calore, la capacità termica e le transizioni di fase. La relazione tra lavoro e calore, stabilita da Mayer e Joule, è essenziale per la fisica moderna e per lo studio dell'energia termica.
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L'energia è una quantità costante che può solo essere trasformata o trasferita tra sistemi
Riduzione dell'energia meccanica
Quando l'energia meccanica di un sistema diminuisce a causa di forze dissipative, si verifica un aumento dell'energia interna del sistema, che può manifestarsi come un aumento della temperatura o un cambiamento di stato fisico
Relazione tra lavoro e calore
Julius Mayer e James Prescott Joule hanno stabilito una relazione quantitativa tra lavoro e calore, con Joule che ha determinato sperimentalmente il rapporto di conversione tra energia meccanica e calore attraverso il suo celebre esperimento del mulinello
Equivalente meccanico del calore
Il rapporto di conversione tra energia meccanica e calore è definito come l'equivalente meccanico del calore, che stabilisce che 4.186 joule di lavoro sono necessari per aumentare la temperatura di un grammo d'acqua di 1 grado Celsius
La costante di proporzionalità J, o equivalente meccanico del calore, è una costante fisica fondamentale che lega il lavoro meccanico al trasferimento di calore, permettendo di misurare l'energia termica in joule
Il calore si trasferisce tra corpi a differenti temperature fino a quando non si raggiunge l'equilibrio termico
Il calore specifico è una proprietà fisica che indica la quantità di energia necessaria per aumentare di un grado Celsius la temperatura di un kilogrammo di una sostanza
La quantità di calore scambiata tra un corpo e l'ambiente è determinata dalla massa del corpo, dal suo calore specifico e dalla variazione di temperatura, secondo la formula Q=mcΔT
La capacità termica di un corpo dipende dalla sua massa e dal suo calore specifico, e indica la quantità di calore necessaria per variare la sua temperatura di un grado Celsius
Quando corpi a diverse temperature vengono posti in contatto, avviene uno scambio di calore fino al raggiungimento di una temperatura comune di equilibrio, calcolabile con la formula T=(C1T1+C2T2+...+CnTn)/(C1+C2+...+Cn)
Durante le transizioni di fase, come la fusione o l'evaporazione, il calore assorbito o rilasciato non provoca variazioni di temperatura ma viene utilizzato per superare le forze intermolecolari e cambiare la struttura interna della sostanza
Il calore latente di fusione e il calore latente di vaporizzazione sono le quantità di energia necessarie per cambiare lo stato di un kilogrammo di una sostanza alla sua temperatura di fusione o di ebollizione, rispettivamente
La conduzione è il trasferimento di calore che avviene nei solidi, dove il calore si trasmette attraverso le vibrazioni degli atomi e degli elettroni senza che vi sia spostamento di materia
La legge di Fourier quantifica il calore che attraversa una lastra omogenea in funzione dell'area, della differenza di temperatura e dello spessore della lastra, e dipende dalla conducibilità termica del materiale
La conducibilità termica è una proprietà che indica la facilità con cui il calore si propaga all'interno di un materiale, e spiega perché alcuni materiali sono considerati buoni conduttori di calore mentre altri sono isolanti termici
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Primo principio della termodinamica
Legge conservazione energia: energia non creata/annientata, solo trasformata o trasferita.
01
Calore come energia in transito
Calore è energia che si sposta tra sistemi, non è contenuta staticamente.
02
Effetto dell'attrito sull'energia meccanica
Attrito riduce energia meccanica, aumenta energia interna sistema, può alzare temperatura.
