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Principio zero della termodinamica

Che cosa afferma il principio zero della termodinamica?

Il calore è una forma di energia connessa all’agitazione molecolare media di tutte le molecole che formano un corpo. L’unità di misura utilizzata per il calcolo del calore è dunque il Joule, J.

La temperatura è invece un indice del grado di agitazione molecolare di un corpo e dunque rappresenta indicativamente la quantità di energia cinetica a livello microscopico posseduto da un corpo.

Il fatto che due corpi hanno diverse temperature vuol dire che l’energia cinetica media delle molecole di quello più caldo ( a temperatura più alta) risulta superiore all’energia cinetica media delle molecole del corpo più freddo ( a temperatura più bassa).

Dunque i concetti di temperatura e calore si legano ai fenomeni di dinamica vibrazionale microscopica e alla statistica termodinamica.

Il calore e la sua misura

Essendo il calore una forma di energia la sua unità di misura è il Joule (J) nel Sistema Internazionale. Molte volte nell’uso quotidiano si utilizza la chilocaloria (Kcal) che corrisponde a 4186 J:

1 Kcal = 4186 J

Quando due corpi a differenti temperature T1 e T2 sono posti in contatto, il calore tende a passare spontaneamente dal corpo più caldo a quello più freddo uniformando la temperatura dei due corpi.

Si dice quindi che i due corpi si saranno scambiati una certa quantità di calore Q. Questa grandezza dipenderà:

  • dalla massa del corpo m;
  • dal materiale di cui è composto il corpo;
  • dalla differenza di temperatura (finale – iniziale) ΔT.

Tutto ciò si traduce nella legge fondamentale della termologia:

Q = m ∙ c ∙ ΔT

in cui c è il calore specifico della sostanza che sta acquisendo o cedendo la quantità di calore Q e si misura in J /(Kg∙K) oppure J/(Kg∙°C) e rappresenta la quantità di calore scambiata per far variare di 1°C la temperatura di un corpo di massa 1 Kg.

Principio zero della termodinamica

Quando non avviene alcuno scambio di calore tra due sistemi posti a contatto tra di loro allora diciamo che i due si trovano all’equilibrio termico cioè possiedono la stessa temperatura.

A livello microscopico vuol dire che le singole molecole possono scambiare energia tra di loro ma globalmente il bilancio netto di tutti questi microscambi di energia è nullo.

Allora per avere equilibrio termico tra due corpi l’energia cinetica media delle molecole dei due sistemi deve essere necessariamente la stessa.

Questo è l’enunciato del principio zero della termodinamica: due sistemi in equilibrio termico devono avere la stessa temperatura.

Alternativamente è possibile enunciare il principio zero o principio dell’equilibrio termico in questa maniera: se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo B e se il corpo B è in equilibrio termico a sua volta con un corpo C, allora anche il corpo A e C saranno in equilibrio termico tra di essi ovvero saranno alla stessa temperatura.

Conclusioni

Possiamo dunque concludere che due sistemi possono scambiarsi energia sotto forma di calore naturalmente se e solo se la temperatura dei due corpi è differente.

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