In natura quasi tutte le trasformazioni termodinamiche sono irreversibili. Alcuni esempi quotidiani: il caffè si raffredda nell’aria, il gas di una bomboletta si espande liberamente aprendo la valvola, un blocco di ferro rovente tuffato in acqua porta tutto all’equilibrio termico. Sono processi che avvengono spontaneamente in un verso solo: non abbiamo mai visto un caffè freddo riscaldarsi da solo raffreddando la stanza.
Idea chiave — Cosa rende una trasformazione irreversibile
Durante una trasformazione irreversibile il sistema (gas, liquido o solido) passa attraverso stati che non sono di equilibrio. Non ha senso parlare di una “curva” nel diagramma -, perché e non sono nemmeno ben definiti mentre la trasformazione è in corso: durante un’espansione libera, per esempio, le particelle in prima linea invadono il vuoto prima di quelle dietro, e la pressione non ha un unico valore in tutto il recipiente.
Perché non ci scoraggiamo. Il punto centrale del capitolo è che la conservazione dell’energia funziona sempre, anche quando la trasformazione è brusca, esplosiva o mal definita. Non serve seguire il percorso: bastano lo stato iniziale A e lo stato finale B, entrambi stati di equilibrio ben definiti. Fra A e B possiamo applicare esattamente il metodo già visto in meccanica: diagrammi di scambio energetico e bilanci di energia.
Questa è una distinzione concettuale importante. Un’isoterma reversibile e un’espansione libera possono portare il gas dagli stessi stati iniziale e finale (per esempio stesso , volume raddoppiato), ma cambiano l’universo in modo completamente diverso: nella prima il gas scambia calore e lavoro con l’ambiente, nella seconda no. Il primo principio da solo non distingue le due: per capire quale si può invertire e quale no servirà una grandezza nuova, l’entropia, introdotta nel capitolo successivo.
Collegamenti
Argomenti: Termodinamica Concetti: Trasformazioni termodinamiche · Primo principio della termodinamica Oggetti: Gas ideale
Esercizi collegati: Stessa temperatura, calore diverso · Vero o falso su trasformazioni · Espansione libera di un gas