# Termodinamica classica/Transizioni e diagrammi di fase

Termodinamica classica
Copertina Tutti i moduli · Sviluppo
Continuazione della meccanica e primo principio
* Introduzione al corsoTermodinamica classica/Introduzione al corso
* Sistemi termodinamici e trasformazioni reversibili o quasi staticheTermodinamica classica/Sistemi termodinamici e trasformazioni reversibili o quasi statiche
* Equazioni di stato di sistemi termodinamiciTermodinamica classica/Equazioni di stato di sistemi termodinamici
* Definizione operativa di temperaturaTermodinamica classica/Definizione operativa di temperatura
* Leggi dei gas e equazione di stato dei gas perfettiTermodinamica classica/Leggi dei gas e equazione di stato dei gas perfetti
* Lavoro termodinamicoTermodinamica classica/Lavoro termodinamico
* Prima esperienza di Joule e primo principio della termodinamicaTermodinamica classica/Prima esperienza di Joule e primo principio della termodinamica
* Seconda esperienza di JouleTermodinamica classica/Seconda esperienza di Joule
Trasporto di calore ed energia interna
* Processi di trasportoTermodinamica classica/Processi di trasporto
* Legge di FourierTermodinamica classica/Legge di Fourier
* Trasformazione adiabaticaTermodinamica classica/Trasformazione adiabatica
* Transizioni e diagrammi di faseTermodinamica classica/Transizioni e diagrammi di fase
* Termometro a gasTermodinamica classica/Termometro a gas
* Legge di Van der WaalsTermodinamica classica/Legge di Van der Waals
* Studio microscopico dell'energia internaTermodinamica classica/Studio microscopico dell'energia interna
* Distribuzione di MaxwellTermodinamica classica/Distribuzione di Maxwell
Cicli termodinamici e secondo principio
* Cicli termodinamiciTermodinamica classica/Cicli termodinamici
* Macchine termiche e frigoriferiTermodinamica classica/Macchine termiche e frigoriferi
* Secondo principio della termodinamicaTermodinamica classica/Secondo principio della termodinamica
* Teorema di CarnotTermodinamica classica/Teorema di Carnot
* Integrale di Clausius e definizione di entropiaTermodinamica classica/Integrale di Clausius e definizione di entropia
* Equazione di Clausius-ClapeyronTermodinamica classica/Equazione di Clausius-Clapeyron
* Macrostati, microstati, entropia in funzione dei microstatiTermodinamica classica/Macrostati, microstati, entropia in funzione dei microstati
* Funzioni termodinamiche e relazioni di MaxwellTermodinamica classica/Funzioni termodinamiche e relazioni di Maxwell
Modifica il sommario
Le transizioni di fase, o passaggi di stato, sono trasformazioni in cui la materia passa da uno stato di aggregazione all'altro. Gli stati in cui si può trovare la materia sono, generalmente, tre:
* solido,
* liquido,
* gassoso.
Da distinguere il caso del vapore, che è diverso dallo stato gassoso di un sistema.
Le transizioni di fase sono caratterizzate dal fatto che la temperatura non varia durante la trasformazione: il calore che viene fornito al sistema, infatti, non va ad alzare la temperatura del sistema bensì viene tutto utilizzato per convertire il sistema da uno stato all'altro. Le transizioni di fase possono essere graficate in un diagramma di fase, che rappresenta il variare dei tre parametri termodinamici e in che stato si presenta il sistema. Qui sotto c'è il diagramma di fase tridimensionale dell'acqua.
In questo diagramma vediamo la presenza di un punto critico e di un punto triplo, quest'ultimo rappresentato come una linea nel piano $(p,V)$. Un piano ottimo per riuscire a distinguere i due punti è il piano $(p,T)$, come vediamo qui sotto.
Vediamo anche la differenza tra vapore e gas; la linea che intercorre tra la fase liquida e la fase di vapore è la curva di transizione (in questo caso dal liquido al gas), la cui espressione la ricaveremo più avanti, nota come equazione di Clausius-Clapeyron. La curva di transizione tra lo stato solido e gassoso, invece, risulta avere pendenza negativa. È una caratteristica dell'acqua, questa: infatti, nella stragrande maggioranza delle sostanze la curva ha pendenza positiva. Qualsiasi trasformazione che, nel piano $(p,T)$, tagli le curve di transizione è una transizione di fase, dove il sistema viene portato da uno stato all'altro.
Il punto triplo è quel particolare stato termodinamico al confine tra i tre stati della materia dove la sostanza è in condizione di miscela dei tre stati: variando leggermente i parametri termodinamici, infatti, la sostanza può diventare solida, liquida o gassosa. Il punto critico, invece, rappresenta i valori critici delle variabili termodinamiche al di là dei quali non vi è più transizione di fase: esiste solo lo stato gassoso oltre il punto critico.
Ponendo attenzione al piano $(p,V)$, invece, osserviamo una caratteristica campana che separa gli stati liquido e gassoso; le curve che passano nella campana mantengono la loro temperatura costante (perché sappiamo che le transizioni avvengono a temperature fisse), ma anche la loro pressione resta costante: sono quindi delle curve isoterme di sistemi reali, in cui il sistema cambia stato di aggregazione variando solo il volume, mentre temperatura e pressione restano costanti lungo tutta la trasformazione. Oltre il punto critico (ben oltre, in realtà) le curve isoterme prendono la forma che conosciamo di iperboli equilatere: è il caso limite dove un gas reale può essere considerato senza problemi un gas perfetto.