Appunti di Meccanica Statistica - INFN

2 CHAPTER 1. PROLOGO: LA TERMODINAMICA DEI PRINCIPIsistema in esame da uno stato iniziale a uno finale; se questi due stati coincidonosi parla di trasformazione ciclica o ciclo. La trasformazione si dice reversibile se èformata da una successione di stati di equilibrio. Ad esempio, ogni trasformazioneche si può descrivere come una curva continua nel piano p, V è reversibile. Unatrasformazione reversibile può essere percorsa in senso opposto variando opportunamentele variabili di stato. E’ facile convincersi che le trasformazioni reversibilisono una idealizzazione delle vere trasformazioni che avvengono in natura, chesono irreversibili in quanto comportano passaggio attraverso stati di non equilibrio(ad es. stati con un gradiente di pressione o una densità non omogenea.Utilizzando opportune trasformazioni nel piano p, V è facile convincersi che il lavorocompiuto da un sistema non è una funzione di stato, come non lo è il caloreassorbito.Nella termodinamica dei principi la temperatura è definita in maniera assiomaticacon il cosidetto principio 0:“ Per ogni sistema termodinamico esiste una funzionedi stato, chiamata temperatura. Condizione necessaria perchè si abbia equilibriotermico fra due sistemi o due parti dello stesso sistema è che siano uguali traloro le temperature”. E’ noto poi che con la costruzione dei termometri e l’utilizzodi vari fluidi termometrici si possono definire delle scale empiriche delle temperaturee partendo dal termometro a gas perfetto si può introdurre la nozione ditemperatura assoluta T , espressa convenzionalmente in gradi Kelvin. Lo zero assolutoT = 0 corrisponde alla temperatura di un gas perfetto a pressione nulla.Vedremo tra breve che si puo’ introdurre una definizione piu’ soddisfacente discala termometrica che è indipendente dalla scelta del fluido termometrico.Si può ora enunciare il primo principio della termodinamica, che esprime laconservazione dell’energia di ogni sistema fisico: ”La variazione di energia di unsistema termodinamico durante una sua trasformazione deve eguagliare l’energiache il sistema assorbe o cede agli altri sistemi con cui entra in contatto”. In termodinamical’energia totale di un sistema è detta energia interna e si indica conla lettera U. Un sistema omogeneo formato da subunità microscopiche (atomi omolecole) l’ energia interna U è la somma dell’ energia meccanica (= cinetica +potenziale) dei suoi costituenti microscopici.Il I principio si può scrivere nella forma standardU B − U A ≡ ∆U = Q − Ldove A, B sono gli sati iniziali e finali del sistema, Q il calore assorbito e L illavoro fatto.Il II principio della termodinamica, può essere formulato in maniera elementarecol postulato di Clausius o, equivalentemente, con quello di Kelvin: