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Titolo: Equilibrio termodinamico

Salve,
desidererei avere una definizione "semplice" di sistema termodinamico
(qualsivoglia, anche complesso) in stato di "equilibrio
termodinamico".
Ho consultato molti libri, Wikipedia, ma ho le idee sempre pi�
confuse. Mi spiego meglio:
DOMANDA 1
Se ci deve essere equilibrio termodinamico, ci� vorrebbe dire che "la
temperatura � la medesima in ogni punto e uguale a quella
dell'ambiente circostante"? Se cos� fosse ci� � equivalente a dire:
"la temperatura in quell'istante � costante in ogni punto e si
mantiene tale negli istanti successivi?"
DOMANDA 2
Se ci deve essere equilibrio meccanico: ci� vorrebbe dire che "la
pressione pu� cambiare LOCALMENTE da punto a punto, quello che importa
veramente � la costanza nel TEMPO, negli istanti successivi, per
ciascun punto"? In altre parole un blocco enorme di piombo posato sul
pavimento � in equilibrio meccanico - nonostante la pressione nei
punti bassi sia maggiore che nei punti alti? E un gas contenuto in un
recipiente molto alto, dove il peso a rigore provoca una disomogeneit�
della pressione? E un pezzo di ferro stretto da una morsa in una sua
piccola porzione. Mi rendo conto del fastidio di non poter parlare di
un'unica pressione nell'ambito del sistema, ma se escludessi
l'esistenza di un equilibrio meccanico non riesco a capire il perch�:
l'equilibrio meccanico vuol dire che non ci sono forze non equilibrate
all'interno del sistema o tra il sistema e l'ambiente esterno; nel
caso del blocco di piombo (e negli altri due casi) tale condizione a
me sembrerebbe soddisfatta. O no?
Ringrazio chi mi aiuter� a capire, se possibile con parole molto
semplici, grazie,
Augusto M.

 ciascun punto"?
Secondo me si'. Prendi il caso del gas isotermo soggetto ad un pot. 
gravitazionale: perche' non dovrebbe essere considerto in equilibrio?

 ciascun punto"?
Secondo me si'. Prendi il caso del gas isotermo soggetto ad un pot.


 gravitazionale: perche' non dovrebbe essere considerto in equilibrio?
Aggiungo una cosa: la forza di gravita' e' in pratica l'unica forza
esterna che puo' agire a distanza, e non solo sulla superficie del
sistema.
E' questo che motiva una condizione di equilibrio diversa: la
pressione non e' piu' necessariamente la stessa, anzi il suo gradiente
sara' legato al campo gravitazionale.
Nel caso piu' elementare (campo grav. uniforme) ottieni la legge di
Stevino.
 
-- 
Elio Fabri

 sistema.
Be', non vedo perche' escludere quella elettrica (su di un dielettrico) 
e quella magnetica.

 termodinamico".
[cut]
Credo che un buon esempio di sistemi termodinamici complessi in equilibrio
termodinamico, che serve a generalizzare il discorso, e forse a
ricomprendere anche i tuoi casi particolari, siano le stelle.
Tali sistemi sono considerati in equilibrio termodinamico (locale)
nonostante temperatura, pressione, densit� e altre grandezze
termodinamiche varino spazialmente con simmetria radiale e un flusso
stabile di energia ed entropia ne attraversi la struttura.
Se vogliamo la condizione di equilibrio termodinamico (locale) in questo
caso equivale a una condizione dinamica ma stazionaria, ovvero grandezze
termodinamiche che possono variare con la posizione, ma non con il tempo
(anche se in realt� lo fanno ma su tempi scala lunghi).
Saluti,
Aleph 
 
-- 
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 "parole molto semplici" forse e' meglio lasciarla stare :)
Il problema ï¿½ che mi piacerebbe potere avere una definizione generale
e semplice di *equilibrio termodinamico* che valga anche per i sistemi
complessi come i solidi, (da spiegare a ragazzi delle superiori)
Si potrebbe dire che c'ï¿½ equilibrio termodinamico quando il valore
delle variabili termodinamiche necessarie e sufficienti a descriverlo
si mantiene costante nel tempo (pur non necessariamente nello spazio)?
Oppure ï¿½ meglio limitare questa definizione solo per i fluidi,
ignorando del tutto (sigh!) i solidi perchï¿½ sono troppo complicati?
O cos'altro di semplice mi suggeriresti? Ringrazio, ciao.
Augusto M.

 gravitazionale: perche' non dovrebbe essere considerto in equilibrio?
E perch� dovrebbe esserlo ? Si potrebbe argomentare che la condizione di 
eguilibrio di un sistema isolato comporti un gradiente di temperature 
cos� come ce n'�  uno di pressione. P.es. appigliandosi al fatto che 
molecole che salgono vengono rallentate dalla forza di gravit�  e quindi 
  perdono energia cinetica... :-)
Intendiamoci, sto facendo l'  avvocato del diavolo. Non ho dubbi sulla 
condizione di temperatura costante. Ma sono in grado di darne una 
giustificazione per via meccanico statistica. Una termodinamica mi 
sembra non immediata (anche se una mezza idea ce l' avrei, ma devo 
pensarci un po'  meglio...).
Giorgio

 dielettrico) e quella magnetica.
Hai ragione... Non so come mai mi siano scappati di mente.
Tra l'altro elettro- e magnetostrizione sono proprio simili agli
effetti della gravita'.
-- 
Elio Fabri

 ignorando del tutto (sigh!) i solidi perchï¿½ sono troppo complicati?
Meglio di no. O meglio, i solidi cristallini dal punto di vista 
termodinamico sono complicati (inavvicinabili a livello di scuola 
superiore): invece della coppia di variabili coniugate pressione-volume 
occorre passare alla coppia tensore degli sforzi-tensore delle 
deformazioni :-(
Tuttavia,  anche a livello delle superiori sarebbe utile far passare il 
messaggio che la termodinamica non nasce e finisce con i fluidi. 
Dimostrare che le proprietï¿½  magnetiche dipendono dalla temperatura non 
ï¿½ complicato (alla peggio un filmino) ma ci sono anche cose piï¿½ sempici.

 ï¿½ complicato (alla peggio un filmino) ma ci sono anche cose piï¿½ sempici.
bel thread. Non avevo mai pensato al problema degli sforzi 
sui solidi in questo contesto. In genere consideravo il 
problema delle reazioni meccaniche avulse dal resto.
ciao
Soviet

 variazioni temporali nulle;
e si possono fare esempi piu' accessibili.
- Una pentola d'acqua sul fuoco basso (che non bolla...).
- Un filo percorso da corrente, con effetto Joule.
- I radiatori di un termosifone: intendo la parte metallica.
- Una cella elettrolitica con elettrodi uguali: in opportune
condizioni uno si corrode, sull'altro si deposita metallo,
nell'elettrolita non cambia niente.
Ultima osservazione sul problema dell'equilibrio di pressione in
presenza di gravita'.
E' un esempio delle cose che si possono lasciare da parte in un primo
tempo, anche se potrebbe venir colto da qualceh ragazzo, che sappia
della variazioni di pressione atmosferica con l'altezza.
Comunque la regola generale e' che l'equilibrio meccanico significa
uguale pressione solo in assenza di "forze di volume", come appunto la
gravita'.
Altrimenti la regola e' la legge di Stevino: e' l'insieme di *tutte* le
forze, di volume e di superficie, che deve essere equilibrato.
 
-- 
Elio Fabri

 complessi come i solidi, (da spiegare a ragazzi delle superiori)
Ho seguito questo thread con interesse e voglio proporti una risposta 
paradossale: la definizione  generale di "stato di equilibrio TD" che
stai cercando non esiste.
Esaminando lo sviluppo storico e logico della TD si vede come i sistemi
TD considerati divengano progressivamente più complessi: sistemi omogenei
descritti da poche variabili di stato, sistemi con una sostanza in più 
fasi, sistemi con più sostanze chimiche, sistemi continui sottoposti a 
campi gravitazionali, sistemi incasinati da forze elettriche, magnetiche,
superficiali ecc., sistemi chiusi e sistemi aperti, sistemi in equilibrio 
metastabile ecc.
Una trattazione TD non ottocentesca (ossia non limitata quasi solo ai gas,
ma avente forma veramente generale) deve avere una struttura formale
indipendente dalla natura fisica del sistema TD considerato e proprio in
questo sta l'astratta generalità ed eleganza dei suoi concetti: energia 
interna, entropia ecc.
Per giungere a ciò la TD fenomenologica si è di fatto assiomatizzata. 
Orbene, nelle teorie assiomatiche (anche in quelle di interesse fisico 
come la geometria euclidea, il calcolo delle probabilità ecc.) i termini
usati negli assiomi non vengono più definiti esplicitamente: a livello
applicativo ogni interpretazione di tali termini (alias definizione 
operativa degli stessi per una specifica classe di sistemi) è lecita 
se risulta compatibile con la validità degli assiomi.
Il noto testo di TD di H.B.Callen, caratterizzato da una sofisticata
impostazione assiomatica, dopo essersi arrampicato sugli specchi per 
discutere il concetto di equilibrio TD, conclude testualmente:
"In practice the criterion for equilibrium is circular. Operationally, 
a system is in an equilibrium state if its properties are consistently
described by thermodynamic theory!"
-- 
     Elio Proietti
     Valgioie (TO)

 si mantiene costante nel tempo (pur non necessariamente nello spazio)?
...
Personalmente ritengo che tra i concetti fondamentali connessi allo studio
della termodinamica vi sia quello di far capire che non sempre le
grandezze termodinamiche macroscopiche che si utilizzano per descrivere lo
stato di un sistema microscopico (e che si potrebbe dare per scontate)
sono praticamente definibili ed utilizzabili: in generale lo sono solo
limitatamente a stati di equilibrio termodinamico.
L'esempio delle stelle che proponevo nel precedente post (a proposito del
concetto di equilibrio termodinamico locale) si connette in un certo senso
alle tue righe di sopra. E serve a far capire che le grandezze
termodinamiche (e la termodinamica) possono essere utilizzate
proficuamente anche in sistemi fisici che pur non essendo
(complessivamente) in equilibrio, possono essere suddivisi in sottoparti
che possono essere considerate in equilibrio (e quindi amettere
descrizioni basate sull'utilizzo di grandezze termodinamiche), purch� vi
sia, come nel caso delle stelle, stazionariet� nei flussi di quantit�
fisiche rilevanti (nella fattispecie delle stelle il flusso di energia ad
esempio).


 meccaniche avulse dal resto.
Io trovo ancora piï¿½ eclatante il caso dei sistemi elettrici e/o 
magnetici. Ma alla fin fine ï¿½  un problema di didattica un po' troppo 
schematica per cui quando si fa elettromagnetismo si tende a dimenticare 
la termodinamica e viceversa.
Peraltro anche un esperimento semplice come verificare la variazione 
dell' altezza di rimbalzo di una pallina di gomma con la temperatura 
della stessa apre nuovi orizzonti nella comprensione anche soo 
qualitativa dell'  interdipendenza tra comportamento meccanico e stato 
termodinamico.
Giorgio

 Giorgio

 che ondeggi al vento che essa stessa crea. Poi torna stabile, etc.
E' il regime al confine tra laminare e caotico.
...
Giorgio