Programma dell'insegnamento di
Termodinamica e Fluidodinamica (6 CFU) [172SM] (A.A. 2015/16)
Prof. Rinaldo Rui
SISTEMI TERMODINAMICI
Introduz. alla Termodinamica. Approccio statistico, TD
classica. Sistema TD ed ambiente.
Sistemi aperti, chiusi, isolati. Coordinate TD, intensive ed
estensive. Stato TD. Sistemi TD semplici e sistemi
idrostatici. Regola delle fasi di Gibbs. Equilibrio TD. Pareti
adiabatiche e diatermiche. Trasformazioni TD. Principio
Zero della TD e temperatura. Termometri. Scale Celsius e
Kelvin.
Temperatura del termometro a gas perfetto. Dilatazione
termica. Trasformazioni TD, reversibili ed
irreversibili. Trasformazioni quasistatiche. Piano di
Clapeyron. Trasformazioni isocore, isobare, isoterme,
adiabatiche, cicliche. Termostati. Equazioni di stato.
Gas ideale o perfetto. Equazione di stato del gas perfetto.
Leggi di Avogadro (I e II), di Boyle, di Charles e di
Gay-Lussac. Gas reali: sviluppo del Viriale ed equazione di Van der Waals.
Lavoro TD. Lavoro di gas ideali in una trasformazione isobara,
isocora, isoterma e ciclica.
Metodo statistico. Teoria cinetica dei gas perfetti. Teorema
di equipartizione dell’energia. Stati di aggregazione e punto
triplo. Temperatura critica, tensione di vapore. Isoterma
critica.
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Esperimenti di Joule. Sistemi adiabatici. Lavoro adiabatico
ed energia interna. Calore e caloria. Primo principio della
TD. Trasformazioni cicliche: macchine termiche e frigorifere.
Caloria. Entalpia.
Trasmissione del calore: conduzione,
convezione, irraggiamento. Legge di Fourier.
Conducibilità termica. Legge di Stefan e legge di Wien.
Potere emissivo. Dewar.
Capacità termica. Calore specifico e calore molare.
Calore specifico molare per i sistemi idrostatici, a pressione
costante e a volume costante. Calore latente.
Proprietà dei gas ideali: 1) energia interna
(espansione di Joule-Thomson); 2) calori molari, relazione di
Mayer, relazione generale tra Cp e Cv per un sistema
idrostatico
Proprietà dei gas ideali: 3) trasformazioni
adiabatiche. 4) trasformazioni politropiche. Aspetti
microscopici. Legge di Doulong e Petit.
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Macchine termiche. Rendimento. Secondo principio della TD:
enunciati di Kelvin-Planck e Clausius. Macchine frigorifere.
Equivalenza dei due enunciati del II principio. Ciclo di
Carnot. Macchina di Carnot. Teorema di Carnot.
Osservazioni sul rendimento della macchina di Carnot. Pompa
di calore. Ciclo di Stirling. Ciclo di Otto. Ciclo
Diesel. Ciclo di Rankine.
Teorema di
Clausius. Entropia. Principio di aumento dell’entropia.
Calcolo della variazione di entropia: trasformazioni
adiabatiche, scambi di calore con sorgenti [appunti esempi 3.9 e 3.12], scambi di
calore tra corpi, cambiamenti di fase.
Entropia e rendimento. Dimostrazione degli enunciati di
Kelvin-Planck e Clausius del Secondo principio della TD a
partire dal principio di aumento dell’entropia. Traccia di una
trasformazione ed Energia degradata, effetto Carnot ed effetto
Clausius. Entropia dei sistemi idrostatici e piano S, T.
Trasformazioni adiabatiche irreversibili. Esempi di calcolo di
variazione di entropia: mescolamento di gas perfetti.
Potenziali TD. Energia libera ed entalpia libera. Relazioni
di Maxwell. Energia interna di un gas reale.
Entropia e probabilità. Microstati e macrostati.
Relazione tra entropia e microstati. Terzo principio della TD.
Interdipendenza delle proprietà del gas perfetto.
ELEMENTI DI
MECCANICA DEI FLUIDI
Densità assoluta e relativa.
Pressione. Sforzo di taglio. Fluidi ideali. Equazione della
statica dei fluidi. Legge di Stevino. Legge di Pascal.
Torchio idraulico. Pressione atmosferica e sua dipendenza
dalla quota.
Legge di Archimede. Galleggiamento.
Misura della pressione: manometri e barometri. Dinamica dei fluidi: descrizione
lagrangiana ed euleriana. Linee e tubi di flusso. Equazione
di continuità.