Mulinello di Joule
Salve a tutti. È da un po' che abbiamo studiato il mulinello di Joule, ma continuo a non capire: il lavoro di 4186J non tien conto dell!energia cinetica, è solo quello che viene usato specificatamente per produrre calore? Se può essere utile leggo volentieri anche una spiegazione dettagliata sull'argomento, grazie.
Risposte
"oromiscanneto":
non tien conto dell!energia cinetica
A quale energia cinetica ti riferisci, a quella dell'acqua o a quella del peso che scende?
Nei testi di fisica si leggono spesso frasi del tipo: "il tal lavoro si trasforma in calore" o "il tal lavoro produce calore".
Queste frasi, se vengono prese alla lettera, non hanno nessun senso per il semplice motivo che lavoro e calore sono due modalità diverse di trasferimento dell'energia: Uno interviene in presenza di interazioni meccaniche e l'altro in tutti gli altri casi. Ma allora perchè i fisici le usano? Esse vengono usate per brevità, per descrivere con una sola frase una catena di eventi.
Prediamo per esempio il mulinello in questione. Come sistema Consideriamo l'acqua, tutto il resto è l'ambiente (quindi il mulinello fa parte dell'ambiente) .
Il lavoro che l'acqua fa sul mulinello, toglie ad esso energia cinetica a la trasferisce all'acqua sotto forma di energia interna.
La temperatura dell'acqua quindi, aumenta da $ T_0 $ (temperatura ambiente) a $ T_1 $ , l'energia interna aumenta di $ Delta U_L $ e il lavoro dell'acqua è $ -L=Delta U_L >0 $ .
Si noti che sin qui il calore non è stato nominato. La ragione è che in questa fase non c'entra niente, dato che l'interazione sistema-ambiente è di tipo meccanico (avviene tramite forze).
Ora vogliamo far tornare il sistema alla situazione originaria. Per far questo mettiamo le pareti del contenitore dell'acqua in contatto termico con l'ambiente (l'interazione sistema-ambiente stavolta non è di tipo meccanico). A queto punto il calore dell'acqua toglierà ad essa la stessa quantità di energia interna trasferita in precedenza dal lavoro: $ Q=Delta U_Q=-Delta U_L <0 $ .
Applichiamo ora il primo principio all'intero processo: $ Q-L=Delta U $ ; ma $ Delta U=Delta U_L + Delta U_Q=0 $ e quindi: $ L=Q $. In altre parole, Il lavoro trasferisce la stessa quantità di energia che toglie il calore.
Questa catena di eventi si riassume con la frase: "il lavoro si è trasformato in calore"; bisogna però essere ben consapevoli sul suo significato.
Altro esempio tipico:
Quando due mani si sfregano NON E' IL CALORE che le fa riscaldare ma il lavoro delle forze di attrito (trasferimento di energia alle mani). Il calore invece si occupa di raffreddarle tramite l'interazione con l'ambiente (trasferimento di energia dalle mani all'ambiente).
Qui
http://schiaulini.blogspot.it/p/studenti.html (cliccare su Termodinamica alla fine degli articoli relativi al secondo anno)
c'e' una dispensa che si riferisce al calore tentando di eliminare tutti i termini e i modi di dire tradizionali. Questo perché il loro significato letterale porta completamente fuori strada. Si pensi per esempio a "calore assorbito"; che ti porta in modo naturale a pensare che il calore possa essere contenuto in un corpo. Assurdo (sarebbe come dire che il lavoro è contenuto nei corpi).
Queste frasi, se vengono prese alla lettera, non hanno nessun senso per il semplice motivo che lavoro e calore sono due modalità diverse di trasferimento dell'energia: Uno interviene in presenza di interazioni meccaniche e l'altro in tutti gli altri casi. Ma allora perchè i fisici le usano? Esse vengono usate per brevità, per descrivere con una sola frase una catena di eventi.
Prediamo per esempio il mulinello in questione. Come sistema Consideriamo l'acqua, tutto il resto è l'ambiente (quindi il mulinello fa parte dell'ambiente) .
Il lavoro che l'acqua fa sul mulinello, toglie ad esso energia cinetica a la trasferisce all'acqua sotto forma di energia interna.
La temperatura dell'acqua quindi, aumenta da $ T_0 $ (temperatura ambiente) a $ T_1 $ , l'energia interna aumenta di $ Delta U_L $ e il lavoro dell'acqua è $ -L=Delta U_L >0 $ .
Si noti che sin qui il calore non è stato nominato. La ragione è che in questa fase non c'entra niente, dato che l'interazione sistema-ambiente è di tipo meccanico (avviene tramite forze).
Ora vogliamo far tornare il sistema alla situazione originaria. Per far questo mettiamo le pareti del contenitore dell'acqua in contatto termico con l'ambiente (l'interazione sistema-ambiente stavolta non è di tipo meccanico). A queto punto il calore dell'acqua toglierà ad essa la stessa quantità di energia interna trasferita in precedenza dal lavoro: $ Q=Delta U_Q=-Delta U_L <0 $ .
Applichiamo ora il primo principio all'intero processo: $ Q-L=Delta U $ ; ma $ Delta U=Delta U_L + Delta U_Q=0 $ e quindi: $ L=Q $. In altre parole, Il lavoro trasferisce la stessa quantità di energia che toglie il calore.
Questa catena di eventi si riassume con la frase: "il lavoro si è trasformato in calore"; bisogna però essere ben consapevoli sul suo significato.
Altro esempio tipico:
Quando due mani si sfregano NON E' IL CALORE che le fa riscaldare ma il lavoro delle forze di attrito (trasferimento di energia alle mani). Il calore invece si occupa di raffreddarle tramite l'interazione con l'ambiente (trasferimento di energia dalle mani all'ambiente).
Qui
http://schiaulini.blogspot.it/p/studenti.html (cliccare su Termodinamica alla fine degli articoli relativi al secondo anno)
c'e' una dispensa che si riferisce al calore tentando di eliminare tutti i termini e i modi di dire tradizionali. Questo perché il loro significato letterale porta completamente fuori strada. Si pensi per esempio a "calore assorbito"; che ti porta in modo naturale a pensare che il calore possa essere contenuto in un corpo. Assurdo (sarebbe come dire che il lavoro è contenuto nei corpi).
Intanto grazie per le risposte... Mi riferivo ai pesi.
Vediamo. Concludiamo che il lavoro necessario per aumentare la temperatura di 1kg di acqua di 1K è 4186J, così come Q=4186J=1kcal. La variazione di energia che consente ciò, DE, NON è uguale all'energia potenziale iniziale perché c'è anche l'energia cinetica dei pesi. Allora se volessimo calcolare l'energia potenziale senza sapere nulla di quella cinetica ma conoscendo il lavoro compiuto non potremmo farlo?
Per esempio qui si pone Q=L=DU e non =DU+DK
Vediamo. Concludiamo che il lavoro necessario per aumentare la temperatura di 1kg di acqua di 1K è 4186J, così come Q=4186J=1kcal. La variazione di energia che consente ciò, DE, NON è uguale all'energia potenziale iniziale perché c'è anche l'energia cinetica dei pesi. Allora se volessimo calcolare l'energia potenziale senza sapere nulla di quella cinetica ma conoscendo il lavoro compiuto non potremmo farlo?
Per esempio qui si pone Q=L=DU e non =DU+DK
Ops, non avevo inserito l'esempio in questione:
https://it.answers.yahoo.com/question/i ... 712AAikYDJ
https://it.answers.yahoo.com/question/i ... 712AAikYDJ
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