Programma dell'insegnamento di
Termodinamica e Fluidodinamica
(6 CFU) [172SM]
(A.A. 2018/19)

Prof. Rinaldo Rui


  1. SISTEMI TERMODINAMICI

    1. Introduz. alla Termodinamica (TD): Approccio statistico e classico. Sistema TD ed ambiente: Sistemi aperti, chiusi, isolati; coordinate TD, intensive ed estensive; 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.
    2. 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.
    3. 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.
    4. 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.

  2. PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

    1. Esperimenti di Joule. Sistemi adiabatici. Lavoro adiabatico ed Energia Interna. Calore e Caloria. Primo principio della TD. Trasformazioni cicliche: macchine termiche e frigorifere.
    2. Trasmissione del calore: conduzione, convezione, irraggiamento. Legge di Fourier. Conducibilità termica. Legge di Stefan e legge di Wien. Potere emissivo. Dewar.
    3. Capacità termica. Calore specifico. Calore molare per i sistemi idrostatici, a pressione costante e a volume costante. Entalpia. Calore latente.
      Proprietà dei gas ideali: 1) energia interna (espansione di Joule-Thomson); 2) relazione di Mayer. Relazione generale tra Cp e Cv per un sistema idrostatico
    4. Proprietà dei gas ideali: 3) trasformazioni adiabatiche. 4) trasformazioni politropiche. Aspetti microscopici. Legge di Doulong e Petit.

  3. SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

    1. 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.
    2. Temperatura assoluta. Osservazioni sul rendimento della macchina di Carnot. Climatizzatori. Ciclo di Stirling. Ciclo di Otto. Ciclo Diesel. Ciclo di Rankine.
    3. Curve adiabatiche reversibili (prima parte). Teorema di Clausius. Entropia. Principio di aumento dell’entropia. Calcolo della variazione di entropia: trasformazioni adiabatiche, scambi di calore con sorgenti. Scambi di calore tra corpi, cambiamenti di fase.
    4. 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.
    5. Ciclo di Carnot nel piano [S,T]. Energia interna ed Entropia di sistemi idrostatici. Approfondimenti: Curve isoentropiche (seconda parte) e Temperatura Assoluta.
    6. Trasformazioni isocore ed isobare irreversibili. Trasformazioni adiabatiche irreversibili. Esempi di calcolo di variazione di entropia: mescolamento di gas perfetti. Altri esercizi [appunti esempi 3.9 e 3.12].
    7.  Potenziali TD: Energia Libera ed Entalpia Libera. Relazioni di Maxwell.
    8. Microstati e macrostati. Relazione tra entropia e microstati. Entropia e probabilità. Terzo principio della TD. Interdipendenza delle proprietà del gas perfetto.

  4. ELEMENTI DI MECCANICA DEI FLUIDI

    1. 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.
    2. 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.
    3. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni: tubo Venturi, tubo di Pitot. Fluidi reali: moto laminare, viscosità, legge di Poiseuille, numero di Reynolds, velocità limite.

  5. OSCILLAZIONI E ONDE

    1. Fenomeni ondulatori. Onde meccaniche, trasversali e longitudinali. Onde trasversali su una corda. Onde sonore nei fluidi. Onde nei solidi. [appunti]
    2. Equazione differenziale delle onde. Onde monocromatiche. Intensità di un'onda [appunti]. Equazione della Diffusione del Calore.
    3. Principio di sovrapposizione. Interferenza. Onde stazionarie su corda vibrante. Battimenti e velocità di gruppo. [appunti]
    4. Riflessione e trasmissione (facoltativo).
L'insieme degli appunti del docente può essere scaricato qui [Appunti]