PROGRAMMA del CORSO di FISICA TECNICA
Corsi di Laurea in Ingegneria CIVILE, AMBIENTE e TERRITORIO Anno accademico 2001/2002
(Vecchio Ordinamento) Prof. Biagio Morrone
Termodinamica
Concetti e definizioni di base: Sistema e ambiente, proprietà, stato, equazione di stato, sostanza pura, fase, sistema semplice comprimibile, termodinamica classica e del continuo, equilibrio termodinamico e locale, processo e trasformazione quasi statica, energia, lavoro, calore, temperatura.
[rif.1, cap. 1].
Prima legge della termodinamica per i sistemi chiusi: Prima legge per sistema isolato e sistema chiuso, prima legge in termini di equazione di bilancio, entalpia e forme differenziali della prima legge per un sistema chiuso. [rif.1, cap. 2].
Postulato sull'entropia e sue conseguenze: Evoluzione di un sistema isolato per la rimozione di vincoli interni, il postulato entropico, trasformazioni reversibili e seconda legge della termodinamica per sistema isolato, misurabilità dell'entropia, temperatura e pressione termodinamiche, equazioni di Gibbs, temperatura termodinamica ed empirica, pressione termodinamica ed empirica, unità di misura della temperatura. [rif.1, cap. 3, paragrafo 3.6 solo enunciato].
Seconda legge della termodinamica per i sistemi chiusi e sue conseguenze: Seconda legge della termodinamica per una massa di controllo, disuguaglianza di Clausius, lavoro di variazione di volume, postulato di stato, calori specifici e coefficienti elastici, piani termodinamici p-v, T-s, seconda legge e sistemi di conversione dell'energia. [rif.1, cap. 4, da escludere il sottoparagrafo 4.7.3].
Unità di misura e approssimazioni nel calcolo tecnico. Definizione di misura di una grandezza fisica.
Omogeneità dimensionale delle equazioni. Sistema internazionale e cenni su altri sistemi di misura.
Cifre significative e approssimazioni nel calcolo tecnico. Interpolazione lineare. [rif. 6]
Nozioni introduttive termodinamica degli stati: Superficie caratteristica f(p,v,T)=0, diagrammi pressione-temperatura, pressione-volume, temperatura-entropia, entalpia-entropia e pressione- entalpia. [rif. 2, cap. 7]
Gas: Definizione di gas, criteri di scelta del modello, parametri ridotti, legge degli stati corrispondenti. Modello di gas ideale, trasformazione adiabatica internamente reversibile, trasformazione politropica, proprietà dei gas a bassa pressione. [rif. 2, cap 9, da escludere i paragrafi 9.4, 9.8]. Cenni sui gas reali, modelli a più parametri: modelli di van der Waals ed espansione del viriale [rif. 2, cap. 9, eqq.(9.28) e (9.32)]. Miscele gassose ideali. [rif.2]
Liquidi, vapori e solidi: Fase liquida, miscela bifasica liquido-aeriforme, fase solida. [rif. 2, cap. 10].
Formulazione delle leggi generali per lo studio dei sistemi aperti: Generalità, teorema del trasporto, equazione della continuità della massa: forma integrale, prima legge della termodinamica per sistemi aperti: forma integrale, seconda legge della termodinamica per sistemi aperti: forma integrale, equazione dell'energia meccanica. [rif.1, cap. 5, da escludere i sottoparagrafi 5.3.2, 5.4.2 e 5.5.2]
Componenti di impianti termici: Condotti, generalità sulle macchine a fluido, turbina idraulica e impianto idroelettrico, turbine a vapore e a gas, pompe, compressori, scambiatori di calore, valvole di laminazione [rif. 3].
Aria umida
Proprietà termodinamiche dell'aria umida: Legge di Amgat-Leduc, Legge di Dalton, entalpia specifica dell'aria secca e del vapore acqueo, umidità specifica e relativa, temperatura di rugiada, entalpia, volume specifico, temperatura di saturazione adiabatica, temperature di bulbo asciutto e di bulbo bagnato, diagramma psicrometrico. [rif. 5, cap. 1]
Processi elementari: Riscaldamento e raffreddamento semplici, mescolamento adiabatico, raffreddamento e deumidificazione, fattore di by-pass, riscaldamento e umidificazione, umidificazione adiabatica, raffreddamento evaporativo. [rif. 5, cap. 2]
Condizionamento ambientale
Condizionamento ambientale: Benessere termoigrometrico, tipologie degli impianti di condizionamento dell'aria, impianti di condizionamento a tutt'aria, analisi termoigrometrica per un impianto a tutt'aria in regime estivo e in regime invernale. [rif. 5, cap. 3]
Impianti frigoriferi: Impianti operatori a vapore: frigorifero e pompa di calore. [rif. 3].
Trasmissione del calore
Conduzione: Proprietà termofisiche dei materiali, relazione costitutiva fondamentale della conduzione (legge di Fourier), equazione e soluzione analitica della conduzione in regime stazionario monodimensionale, resistenze termiche, analogia elettrica, pareti sottili in serie e parallelo, resistenze di contatto [rif.4], cenni sui ponti termici e valutazione della potenza termica attraverso i ponti termici. [rif.9]
Irraggiamento: Generalità e definizioni di base. Spettro della radiazione elettromagnetica, definizione di corpo nero, caratteristiche radiative delle superfici: coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione, superfici nere e grigie [rif.4].
Convezione: Generalità, convezione forzata e naturale, flusso laminare e turbolento, viscosità (dinamica, cinematica), gruppi adimensionali per la convezione forzata: numeri di Reynolds, Prandtl e Grashof (definizione), numero di Nusselt [rif.4].
Riferimenti bibliografici del programma:
1. P. Mazzei, R. Vanoli, “Fondamenti di termodinamica - Note dalle lezioni di Fisica tecnica”, Liguori editore, Seconda edizione, Napoli, 1989.
2. R. Mastrullo, P. Mazzei, R. Vanoli, “Termodinamica degli stati - Note dalle lezioni di Fisica tecnica”, Liguori editore, Napoli, 1984.
3. “Appunti sui sistemi aperti: componenti di impianti termici, impianti termici”.
4. R. Mastrullo, P. Mazzei, V. Naso, R. Vanoli, “Fondamenti di Trasmissione del calore, vol. I”, Liguori editore, Seconda edizione, Napoli, 1991.
5. “La psicrometria e le sue applicazioni nella climatizzazione.”
6. “Sistemi e unità di misura”
7. “Note sulle equazioni differenziali ordinarie”
8. “Effetto serra e refrigeranti”
9. Fotocopie su ponti termici e pareti multistrato.
N.B. Per la parte esercitativa: esercizi sui sistemi chiusi, esercizi sulla termodinamica degli stati, esercizi sui componenti di impianti termici, esercizi sugli impianti termici sul rif.3 e il testo di esercizi svolti; esercizi svolti in aula e per l'aria umida esercizi sul rif. 5.
Altri testi consigliati:
P.W. Atkins, Il secondo principio, Zanichelli Editore, Milano, 1992.
A. Bejan, Advanced Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1988.
H. B. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics, 2nd edition, John Wiley &
Sons, Inc., New York, 1985.
M. J. Moran, H. N. Shapiro, Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 2nd edition, John Wiley
& Sons, Inc., New York, 1993.
A. Bejan, Heat Transfer, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1993.
F. P. Incropera, D. P. De Witt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 2nd edition, John Wiley &
Sons, Inc., New York, 1985.
