Programma dell'insegnamento di (Dinamica e)
Termodinamica [021SM]
(A.A. 2009/10)
Prof. R. Rui
Il
modulo di Termodinamica viene svolto nel secondo semestre del I anno,
immediatamente dopo il modulo di Dinamica (5 CFU,
docente prof. Giovanni Comelli). Il programma viene svolto in un
periodo di 32 ore di lezione, corrispondenti a 4 CFU, suddivise in 16
gruppi da due ore ciascuno.
Termodinamica:
- Introduz. alla Termodinamica. Approccio statistico, TD classica.
Sistema TD ed ambiente. Sistemi aperti, chiusi, isolati. Coordinate TD,
intensive ed estensive. Stato TD. Regola delle fasi di Gibbs.
Equilibrio TD. Pareti adiabatiche e diatermiche. Trasformazioni TD.
Principio zero 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 del gas perfetto. Teorema di
equipartizione dell’energia. Stati di aggregazione e punto triplo.
Temperatura critica, tensione di vapore. Isoterma critica.
- Esperimenti di Joule. Sistemi adiabatici. Energia interna.
Calore. I 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-Boltzmann. Potere
emissivo. Dewar.
- Capacità termica. Calore specifico e calore molare. Calore
specifico molare per i sistemi idrostatici, a pressione costante e a
volume costante. Proprietà dei gas ideali: 1) energia interna
(espansione di Joule-Thomson); 2) calori molari e relazione di Mayer;
3) trasformazioni adiabatiche.
- Proprietà dei gas ideali: 4) trasformazioni
politropiche. Aspetti microscopici. Legge di Doulong e Petit.
- Macchine termiche. Rendimento. II 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.
- Temperatura TD assoluta. III principio della TD. Osservazioni sul
rendimento della macchina di Carnot. Pompa di calore. Ciclo di
Stirling. Ciclo di Otto. Ciclo Diesel.
- Teorema di Clausius. Entropia. Principio di aumento
dell’entropia. Calcoli di variazione di entropia: trasformazioni
adiabatiche, scambi di calore con sorgenti, scambi di calore tra corpi,
cambiamenti di fase.
- Entropia e rendimento. Dimostrazione degli enunciati di
Kelvin-Planck e Clausius del II principio a partire dal principio di
aumento dell’entropia. Energia inutilizzabile, effetto Carnot ed
effetto Clausius. Entropia dei sistemi idrostatici e piano S, T. Esempi
di calcolo di variazione di entropia: mescolamento di gas perfetti.
- Potenziali TD. Energia libera ed entalpia libera. Equazioni di
Maxwell. Entropia e probabilità. Microstati e macrostati.
- Relazione tra entropia e microstati. III principio della TD.
Interdipendenza delle proprietà del gas perfetto.