Programmi Laurea Triennale

 

IN/0091 - FISICA TECNICA

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ROBERTO ​BACCOLI (Tit.)
Periodo
Primo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​


 ​ ​


Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/72] ​ ​INGEGNERIA CIVILE [72/00 - Ord. 2013] ​ ​PERCORSO COMUNE550
[70/78] ​ ​INGEGNERIA MECCANICA [78/00 - Ord. 2017] ​ ​PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

Il corso si prefigge di conseguire i seguenti obiettivi formativi:
Apetti Teorici
a) conoscere le grandezze che definiscono e influenzano un sistema termodinamico complesso;
b) conoscere le leggi della radiazione termica, della trasmissione del calore e gli effetti termodinamici legati alla loro interazione con i corpi.
c)Conoscere i concetti di base che permettono di valutare le efficienze e le prestazioni energetiche dei sistemi per la conversione dellenergia in tutte le sue forme
Aspetti applicativi
saper formulare lInquadramento Termodinamico dei sistemi nelle condizioni di scambio di calore, di radiazione termica, lavoro e massa come conseguenza dellapplicazione dei principi della termodinamica. Saper formulare i bilanci di energia massa e materia dei sistemi termodinamici chiusi e aperti. Saper valutare le efficienze di conversione dei sistemi termodinamici complessi. Saper dimensionare i materiali in relazione alle loro proprietà termotecniche per ottenere specifiche condizioni termodinamiche nellambito della trasmissione del calore e della radiazione termica in regime stazionario e monodimensionale.
scopo generale del corso
Scopo del corso è quello di fornire i concetti necessari per arrivare a formulare correttamente linquadramento termodinamico di un problema fisico. Tale formulazione deve avvenire in coerenza con le approssimazioni e relative stime, legate alle eventuali semplificazioni del caso in studio, e (il fine è quello di) permette di stabilire i rapporti quantitativi di causa ed effetto tra le entità di scambio, calore radiazione termica e lavoro (in tutte le sue forme) e le coordinate termodinamiche (che esprimono lo stato del sistema), al fine di controllare o prevedere un determinato processo e/o per far si che un sistema semplicemente si porti da uno stato iniziale (i) ad uno stato finale (f).

Prerequisiti

Fisica I e Fisica II; Analisi Matematica I e II

Contenuti

INTRODUZIONE ALLA TERMODINAMICA
Scopo e contenuti della Termodinamica, coordinate termodinamiche generalizzate - Definizione di sistema termodinamico. Le entità di scambio: massa, Lavoro, calore e radiazione.
TRASMISSIONE DEL CALORE E RADIAZIONE TERMICA
Fondamenti della trasmissione del calore per conduzione. La legge di Fourier per la conduzione interna. Conduzione tridimensionale in regime permanente e in regime transitorio. Legge di Fourier di Laplace e di Poisson in forma locale.
Fondamenti della Trasmissione del Calore per convezione.
Il coefficiente di trasmissione del calore per convezione. Meccanismo di trasporto dell'energia e fluidodinamica, concetti fondamentali dello strato limite termico. Convezione Libera e Forzata. Analisi dimensionale, teorema di Buckingham.
Il caso della lastra piana ad incidenza nulla e del cilindro attraversato ortogonalmente.
Radiazione termica.
L'irraggiamento termico del corpo nero, la legge di Plank, legge di Wien. Intensità di radiazione, superfici Lambertiane. Caratteristiche di irraggiamento delle superfici reali, emissività, riflettività assorbitività, e trasmissività monocromatica e totale. Il problema dello scambio termico per irraggiamento tra superfici nere e superfici grigie. L'analogia elettrica dello scambio termico per irraggiamento tra corpi grigi con il metodo dei fattori di vista. Meccanismi combinati di scambio termico (conduzione convezione e irraggiamento). I PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA (0,I°,II°,III° )
Il primo principio della termodinamica per sistemi senza deflusso.
Lavoro significativo ai fini termodinamici
Lavoro adiabatico ed Energia Interna
Conversione del Lavoro in Calore
Estensione del primo principio della termodinamica alla radiazione termica
Equazioni del 1° principio per processi quasi statici
Calcolo degli scambi di Calore e di Lavoro per sistemi pvt
Calcolo degli scambi di Calore e di Lavoro, variazione di Energia interna ed Entalpia per un gas ideale nei processi fondamentali quasi statici:
i) Processo isotermo; ii) Processo adiabatico; iii) processo isocoro; iv) processo isobaro e v) processo politropico. La superficie p,v,T per una sostanza pura.
Termodinamica dei sistemi aperti.
Equazione del 1° Principio della Termodinamica per i sistemi aperti.

Conversione del calore in lavoro, il 2° principio della termodinamica, le macchine termiche motrici e frigorifere.
Processo di conversione del Calore in Lavoro
la macchina monotermica ideale,
la macchina bi-termica ideale (di Carnot) e il principio economico.
la funzione "frigorifera" e di pompa di Calore
Enunciati del 2° principio della Termodinamica (secondo Kelvin Planck, Clausius e l'unicità della adiabatica quasi statica passante per un punto).
Equivalenza degli enunciati del 2° P. d. T.

Teoremi cardinali temperatura termodinamica, exergia, espressione matematica del 2° principio, piani termodinamici.
Il teorema di Carnot
Conseguenze del teorema di Carnot
Definizione della Temperatura termodinamica
Il concetto di exergia. Analisi exergetica di un processo.
Teorema di Clausius; istituzione della funzione di stato Entropia
Analisi termodinamica della reversibilità dei processi alla luce del 2° P. d. T
Piani termodinamici di usuale impiego in termotecnica Piano (T,s,),
Piano (h,s),
Piano(p,h)
e rappresentazione dei processi fondamentali in tali piani

Contenuti

INTRODUZIONE ALLA TERMODINAMICA
Scopo e contenuti della Termodinamica, coordinate termodinamiche generalizzate - Definizione di sistema termodinamico. Le entità di scambio: massa, Lavoro, calore e radiazione.
TRASMISSIONE DEL CALORE E RADIAZIONE TERMICA
Fondamenti della trasmissione del calore per conduzione. La legge di Fourier per la conduzione interna. Conduzione tridimensionale in regime permanente e in regime transitorio. Legge di Fourier di Laplace e di Poisson in forma locale.
Fondamenti della Trasmissione del Calore per convezione.
Il coefficiente di trasmissione del calore per convezione. Meccanismo di trasporto dell'energia e fluidodinamica, concetti fondamentali dello strato limite termico. Convezione Libera e Forzata. Analisi dimensionale, teorema di Buckingham.
Il caso della lastra piana ad incidenza nulla e del cilindro attraversato ortogonalmente.
Radiazione termica.
L'irraggiamento termico del corpo nero, la legge di Plank, legge di Wien. Intensità di radiazione, superfici Lambertiane. Caratteristiche di irraggiamento delle superfici reali, emissività, riflettività assorbitività, e trasmissività monocromatica e totale. Il problema dello scambio termico per irraggiamento tra superfici nere e superfici grigie. L'analogia elettrica dello scambio termico per irraggiamento tra corpi grigi con il metodo dei fattori di vista. Meccanismi combinati di scambio termico (conduzione convezione e irraggiamento). I PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA (0,I°,II°,III° )
Il primo principio della termodinamica per sistemi senza deflusso.
Lavoro significativo ai fini termodinamici
Lavoro adiabatico ed Energia Interna
Conversione del Lavoro in Calore
Estensione del primo principio della termodinamica alla radiazione termica
Equazioni del 1° principio per processi quasi statici
Calcolo degli scambi di Calore e di Lavoro per sistemi pvt
Calcolo degli scambi di Calore e di Lavoro, variazione di Energia interna ed Entalpia per un gas ideale nei processi fondamentali quasi statici:
i) Processo isotermo; ii) Processo adiabatico; iii) processo isocoro; iv) processo isobaro e v) processo politropico. La superficie p,v,T per una sostanza pura.
Termodinamica dei sistemi aperti.
Equazione del 1° Principio della Termodinamica per i sistemi aperti.

Conversione del calore in lavoro, il 2° principio della termodinamica, le macchine termiche motrici e frigorifere.
Processo di conversione del Calore in Lavoro
la macchina monotermica ideale,
la macchina bi-termica ideale (di Carnot) e il principio economico.
la funzione "frigorifera" e di pompa di Calore
Enunciati del 2° principio della Termodinamica (secondo Kelvin Planck, Clausius e l'unicità della adiabatica quasi statica passante per un punto).
Equivalenza degli enunciati del 2° P. d. T.

Teoremi cardinali temperatura termodinamica, exergia, espressione matematica del 2° principio, piani termodinamici.
Il teorema di Carnot
Conseguenze del teorema di Carnot
Definizione della Temperatura termodinamica
Il concetto di exergia. Analisi exergetica di un processo.
Teorema di Clausius; istituzione della funzione di stato Entropia
Analisi termodinamica della reversibilità dei processi alla luce del 2° P. d. T
Piani termodinamici di usuale impiego in termotecnica Piano (T,s,),
Piano (h,s),
Piano(p,h)
e rappresentazione dei processi fondamentali in tali piani

Metodi Didattici

INTRODUZIONE ALLA TERMODINAMICA (teoria 4 ore, esercitazioni 1 ora )
CALORE E RADIAZIONE TERMICA (teoria 8 ore esercitazioni 6 ore)
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI SENZA DEFLUSSO (teoria 9 ore esercitazioni 4 ore)
TERMODINAMICA DEI sistemi aperti (teoria 4 ore esercitazioni 2 ore)
CONVERSIONE DEL CALORE IN LAVORO 2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
MACCHINE TERMICHE MOTRICI E FRIGORIFERE (teoria 5 ore esercitazioni 2 ore)
TEOREMI CARDINALI – TEMPERATURA TERMODINAMICA EXERGIA ESPRESSIONE MATEMATICA DEL 2° PRINCIPIO PIANI TERMODINAMICI (teoria 4 ore esercitazioni 1 ore)

Metodi Didattici

INTRODUZIONE ALLA TERMODINAMICA (teoria 4 ore, esercitazioni 1 ora )
CALORE E RADIAZIONE TERMICA (teoria 8 ore esercitazioni 6 ore)
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER SISTEMI SENZA DEFLUSSO (teoria 9 ore esercitazioni 4 ore)
TERMODINAMICA DEI sistemi aperti (teoria 4 ore esercitazioni 2 ore)
CONVERSIONE DEL CALORE IN LAVORO 2° PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
MACCHINE TERMICHE MOTRICI E FRIGORIFERE (teoria 5 ore esercitazioni 2 ore)
TEOREMI CARDINALI TEMPERATURA TERMODINAMICA EXERGIA ESPRESSIONE MATEMATICA DEL 2° PRINCIPIO PIANI TERMODINAMICI (teoria 9 ore esercitazioni 6 ore)

Verifica dell'apprendimento

La verifica dei risultati dellapprendimento consiste nello svolgimento, in forma scritta, di 6 quesiti puntuali che riguardano gli argomenti svolti a lezione, di cui:
2 quesiti sulla parte puramente teorica del corso
4 esercizi di applicazione di calcolo sugli argomenti svolti a lezione. Le risposte che non saranno accompagnate da unadeguata giustificazione potranno non essere giudicate con punteggio pieno.

Verifica dell'apprendimento

La verifica dei risultati dell'apprendimento consiste nello svolgimento, in forma scritta, di 6 quesiti puntuali che riguardano gli argomenti svolti a lezione, di cui:
2 quesiti sulla parte puramente teorica del corso
4 esercizi di applicazione di calcolo sugli argomenti svolti a lezione. Le risposte che non saranno accompagnate da un'adeguata giustificazione potranno non essere giudicate con punteggio pieno.

Testi

Per ulteriori esercizi completamente svolti ci si può riferire ai seguenti libri
Fisica Tecnica Esercizi di Giancarlo Giambelli e Cesare Magli , Maggioli Editore
Esercizi svolti di Termodinamica Volumi I, II, III e Tabelle P. Gregorio Levrotto e Bella Libreria Editrice Universitaria
Esercitazioni di Fisica Tecnica Boris Igor Palella , Aracne Editrice
Esercizi di Termofluidodinamica, Beatrice Pulvirenti, Progetto Leonardo Editore
Teoria ed esercizi di Trasmissione del Calore e Termofluidodinamica, Marco Spiga , Progetto Leonardo editore

Testi

"Fondamenti di termodinamica per ingegneri" M.W Zemansky M.M. Abbott H.C. Van Hess Zanichelli
"Lezioni di Fisica Tecnica" Paolo Giuseppe Mura Cuec editore
"Principi di trasmissione del calore" Frank Kreith Liguori Editore
"Termodinamica Applicata" Lino Mattarolo Cleup editrice
Thermodynamics: An Engineering Approach, Yunus A. Çengel, Michael A. Boles Mc Graw Hill
Per ulteriori esercizi completamente svolti ci si può riferire ai seguenti libri
Fisica Tecnica Esercizi di Giancarlo Giambelli e Cesare Magli , Maggioli Editore
Esercizi svolti di Termodinamica Volumi I, II, III e Tabelle P. Gregorio Levrotto e Bella Libreria Editrice Universitaria
Esercitazioni di Fisica Tecnica Boris Igor Palella , Aracne Editrice
Esercizi di Termofluidodinamica, Beatrice Pulvirenti, Progetto Leonardo Editore
Teoria ed esercizi di Trasmissione del Calore e Termofluidodinamica, Marco Spiga , Progetto Leonardo Editore

Altre Informazioni

http://people.unica.it/robertobaccoli/didattica/


http://people.unica.it/lrobertobaccoli/didattica/

Altre Informazioni

http://people.unica.it/robertobaccoli/didattica/

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