Un sistema isolato può produrre lavoro solo nel caso in cui non si trovi in uno stato di equilibrio completo; cioè, per avere lavoro (lasciando da parte le trasformazioni chimiche) è necessario che le temperature o le pressioni dei corpi che fanno parte del sistema non siano assolutamente identiche. SE le pressioni dei corpi sono diverse il sistema è fuori equilibrio meccanico; se le temperature dei corpi sono diverse il sistema è fuori equilibrio termico. Solo cosí, allora, è possibile che il sistema produca lavoro. Ovviamente , a mano a mano che produce lavoro il sistema si avvicina al suo stato di equilibrio finale.
Per esempio, consideriamo un sistema costituito dall'aria e da un cilindro con pistone mobile, contenente del gas a pressione superiore a quella atmosferica; il sistema non è in equilibrio meccanico; il gas sposta il pistone fino a che la pressione interna non diminuisce al valore della pressione atmosferica, producendo quindi un lavoro; alla fine si stabilisce l'equilibrio meccanico del sistema.
Analogamente si ragiona se abbiamo un sistema fuori equilibrio termico, per esempio due sorgenti di calore a temperature diverse, e un fluido motore, che ripete un ciclo tra le due sorgenti. Il lavoro prodotto dipende dal ciclo, perchè il lavoro non è una funzione di stato; alla fine, non solo si è prodotto lavoro ma si è anche trasferito del calore dalla sorgente a temperatura più alta a quella a temperatura più bassa; le temperature si uguaglieranno, e si raggiungerà l'equilibrio termico. Il sistema non produrrà più lavoro.
Circa le trasformazioni termodinamiche, non esistono in natura trasformazioni perfettamente reversibili. Tutte le trasformazioni reali sono irreversibili, quindi avvengono con aumento dell'entropia.
In
questa discussione avevamo parlato di una trasformazione isoterma, comunque c'è qualche spunto che potrebbe interessarti , riguardante il primo principio della termodinamica .
Ti consiglio inoltre di cercare si Wikipedia le voci relative a "secondo principio della termodinamica" , "entropia" , "ciclo di Carnot" .
Dai anche una lettura al
cap 44 delle lezioni di fisica di R. Feynman ,
che sono tutte in rete, per saggia scelta del Caltech. Fa' attenzione, nell' eq. (44.1) Feynman adotta una convenzione diversa per il segno del lavoro, e cioè opposta a quella che si adotta comunemente, e cioè "lavoro positivo quando eseguito dal sistema sull'esterno" . La convenzione di Feynman chiama positivo il lavoro quando è fatto dall'esterno sul sistema.
We look for patterns when we are hungry or threatened, rather than bored. I don't think we needed to think about things when we were in standby mode in the ancient past.