TERMODINAMICA E LABORATORIO |
Codice
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1018971 |
Lingua
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ITA |
Corso di laurea
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Fisica |
Programmazione per l'A.A.
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2020/2021 |
Curriculum
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Astrofisica |
Anno
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Secondo anno |
Unità temporale
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Primo semestre |
Tipo di attestato
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Attestato di profitto |
Crediti
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9
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Settore scientifico disciplinare
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FIS/01
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Ore Aula
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42
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Ore Esercitazioni
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12
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Ore Laboratorio
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36
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Ore Studio
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-
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Attività formativa
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Attività formative caratterizzanti
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Canale: 1
Docente
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RICCI FULVIO
(programma)
Sistemi termodinamici, variabili termodinamiche.
Trasformazioni termodinamiche, equilibrio termodinamico, trasformazioni quasi-statiche e reversibilità, dilatazione e compressibilità, gas perfetto, Equazione di stato.
Termometria: Misura della temperatura, Taratura di un termometro, Calibrazione del termometro a gas, scala Kelvin, Termometro a dilatazione solidi e liquidi Costante di tempo del termometro, Termometri a termocoppia, Termometri a resistenza, Termistori, Pirometri.
Calorimetria: Calorimetri isotermici e calorimetro delle mescolanze, Costante di tempo del calorimetro, Equivalente in acqua e sua misura,
Diagrammi delle fasi: Spazio P, V, T (tagli P-V e P-T V-T) Fenomenologia dei passaggi di stato e punto critico. Isoterme di un gas reale ed equazione di van der Waals.
Lavoro termodinamico. Calore, equivalente meccanico della caloria e esperienza di Joule. Calori specifici (dal gas perfetto ai solidi).
Primo principio: equivalenza calore-lavoro. La funzione di stato energia interna. Energia interna in un gas perfetto e dipendenza dalla temperatura. Espansione libera di Joule.
Trasformazioni cicliche e macchine termiche frigorifere, Rendimento.
Il secondo principio della termodinamica: enunciati di Kelvin-Planck e di Clausiuse loro equivalenza. Integrale di Clausius. Funzione di stato entropia. Entropia e reversibilità. Teorema di Carnot e temperatura termodinamica assoluta. Calcolo della variazione di entropia per un sistema.
Trasmissione del calore: conduzione, convenzione e irraggiamento. Conducibilità termica.
Potenziali termodinamici: entalpia H, energia libera F, energia libera di Gibbs G e relazioni di Maxwell.
Equazione di Clausius e Clapeyron
Teoria cinetica dei gas. Interepretazione microscopica di pressione e relazione tra temperatura ed energia cinetica. Teorema di equipartizione dellÕenergia. Funzione di distribuzione delle velocitˆ di Maxwell. Flusso delle molecole attraverso una superficie piana. Urti molecolari, Frequenza di collisione. Cammino libero medio.
Generalità sui fenomeni di trasporto nei gas rarefatti. Effusione e Diffusione, Regimi di flusso del gas e numero di Knudsen. Distinzione tra flusso molecolare e flusso viscoso laminare o turbolento. Portata Q e portata volumetrica S, Conduttanza.
Fenomeni di trasporto (di materia, di quantitˆ di moto, di energia termica). Legge di Fick per la diffusione, Legge di Newton per la viscosita e Legge di Fourier per la conducibilitˆ termica.
Introduzione del vuoto e sue applicazioni. Descrizione di un sistema a vuoto: camera da vuoto, impianto di pompaggio, apparato di misura del vuoto. Evoluzione della pressione in funzione del tempo di un recipiente con e senza perdite. Tempo di svuotamento di una camera da vuoto. Velocitˆ di aspirazione in presenza di una conduttanza C. Andamento della velocitˆ di pompaggio efficace. Introduzione alle pompe da vuoto (pompa rotativa, turbomolecolare, a diffusione e ionica). Misura della pressione negli impianti da vuoto (misuratori diretti e indiretti).
Potenziali termodinamici: entalpia H, energia libera F, energia libera di Gibbs G e relazioni di Maxwell.
Equazione di Clausius e Clapeyron
Teoria cinetica dei gas. Interepretazione microscopica di pressione e relazione tra temperatura ed energia cinetica. Teorema di equipartizione dell'energia. Funzione di distribuzione delle velocità di Maxwell. Flusso delle molecole attraverso una superficie piana. Urti molecolari, Frequenza di collisione. Cammino libero medio.
Generalità sui fenomeni di trasporto nei gas rarefatti. Effusione e Diffusione, Regimi di flusso del gas e numero di Knudsen. Distinzione tra flusso molecolare e flusso viscoso laminare o turbolento. Portata Q e portata volumetrica S, Conduttanza.
Fenomeni di trasporto (di materia, di quantità di moto, di energia termica). Legge di Fick per la diffusione, Legge di Newton per la viscosita e Legge di Fourier per la conducibilità termica.
Introduzione del vuoto e sue applicazioni. Descrizione di un sistema a vuoto: camera da vuoto, impianto di pompaggio, apparato di misura del vuoto. Evoluzione della pressione in funzione del tempo di un recipiente con e senza perdite. Tempo di svuotamento di una camera da vuoto. Velocità di aspirazione in presenza di una conduttanza C. Andamento della velocità di pompaggio efficace. Introduzione alle pompe da vuoto (pompa rotativa, turbomolecolare, a diffusione e ionica). Misura della pressione negli impianti da vuoto. Ricerca delle fughe negli impianti a vuoto.
C. Mencuccini - V. Silvestrini
Fisica I - Meccanica , Termodinamica
Zanichelli
Fulvio Ricci
Introduzione alla Fisica e Tecnologia del Vuoto
Nuova Cultura
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Date di inizio e termine delle attività didattiche
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28-09-2020 -
22-01-2021 |
Date degli appelli
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Date degli appelli d'esame
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Modalità di erogazione
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Tradizionale
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Modalità di frequenza
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Obbligatoria
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Canale: 3
Docente
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DI LEONARDO ROBERTO
(programma)
Sistemi e variabili termodinamiche. Principio zero della termodinamica. Temperatura: definizione operativa. Termometri, scale termometriche, scala Kelvin, termometro a gas ideale.
Equazione di stato. Leggi dei gas: Boyle e Mariotte, Charles, Gay-Lussac. Equazione di stato del gas perfetto.
Calore: definizione operativa, calorimetri, capacità termica, calore specifico, calore specifico molare. Caloria. Calore specifico a volume costante e a pressione costante. Calore specifico dei solidi, legge di Dulong e Petit. Temperatura di Debye.
Trasmissione del calore. Conduzione. Regime stazionario. Flusso di calore. Conduttanza termica, resistenza termica. Regime non stazionario. Equazione di Fourier. Convezione. Legge di Newton. Irraggiamento. Legge di Stefan-Boltzmann. Corpo nero. Legge di Wien.
Misura della temperatura. Termometri. Caratteristiche degli strumenti. Termometri a liquido: intervallo di funzionamento, giustezza, sensibilità, prontezza. Costante di tempo del termometro. Termometro a resistenza elettrica, a termocoppia, termistori, piezometri.
Misura delle quantità di calore. Calorimetri: Lavoisier, Bunsen, delle mescolanze (Regnault). Costante di tempo del calorimetro. Misura dell’equivalente in acqua. Misura del calore specifico di un solido. Misura del calore latente di fusione del ghiaccio.
Elaborazione dei dati. Richiami di statistica: errore massimo, errore statistico, cifre significative, propagazione dell'errore. Fit ai minimi quadrati, 2, residui. Programma Origin.
Lavoro: definizione di lavoro termodinamico, lavoro motore, lavoro resistente.
Trasformazioni termodinamiche: condizioni di equilibrio termodinamico, trasformazioni quasi-statiche. Lavoro in una trasformazione, lavoro in un ciclo. Espansione rapida, espansione libera. Attrito. Trasformazioni reversibili.
I principio della termodinamica. Lavoro adiabatico. Prima esperienza di Joule, equivalente meccanico della caloria. Energia interna. Funzioni di stato. Applicazioni del I principio al gas perfetto: energia interna di un gas perfetto, espansione libera di Joule. Calori specifici del gas perfetto. Gas monoatomico, biatomico, poliatomico. Calori specifici dei gas reali. Trasformazione adiabatica reversibile di un gas perfetto. Trasformazione politropica. Calore specifico lungo una politropica.
Apparato per lo studio delle leggi sui gas: macchina termica. Sensori di temperatura, di pressione, di posizione angolare.
II principio della termodinamica. Enunciato di Kelvin-Planck, enunciato di Clausius. Equivalenza dei due enunciati. Ciclo di Carnot. Rendimento, coefficiente di prestazione. Teorema di Carnot. Temperatura termodinamica assoluta. Rendimento delle macchine reali. Ciclo di Otto, Diesel, Stirling. Formulazione matematica del II principio: disuguaglianza di Clausius per due sorgenti. Teorema di Clausius. Disuguaglianza di Clausius. Entropia.
Entropia. Integrale di Clausius. Trasformazioni spontanee. Entropia del sistema, dell’ambiente, dell’universo. Grado di irreversibilità. Entropia come formulazione matematica del II principio Entropia e rendimento. Traccia di una trasformazione. Qualità dell’energia. Entropia come parametro di stato. Diagramma entropico.
Gas reali. Isoterma critica, punto critico. Passaggi di stato. Equazione di stato dei gas reali: sviluppo del viriale, equazione di van der Waals. Punto triplo, isoterma tripla.
Funzioni termodinamiche. Entalpia, energia libera (funzione di Helmotz), entalpia libera (funzione di Gibbs). Equazioni di Maxwell per la termodinamica. Probabilità e disordine. Teorema di Nernst. Interpretazione statistica dell’entropia.
Teoria cinetica. Gas ideali. Interpretazione microscopica della pressione. Interpretazione microscopica della temperatura. Legge di distribuzione delle velocità di Maxwell: dipendenza dalla temperatura e dalla massa. Equipartizione dell’energia. Cammino libero medio. Portata volumetrica. Portata di massa. Velocità di pompaggio e portata. Velocità di pompaggio effettiva e nominale. Tempo caratteristico di svuotamento. Velocità di pompaggio efficace. Pompe da vuoto. Vacuometri.
Sono previste esperienze di laboratorio sui principali argomenti del corso.
- M.Zemansky, Calore e termodinamica.
- Mencuccini-Silvestrini, Fisica I
- Focardi-Massa- Uguzzoni, Fisica Generale
- H.B. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics
- Mazzoldi-Nigro-Voci, Fisica I
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Date di inizio e termine delle attività didattiche
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28-09-2020 -
22-01-2021 |
Date degli appelli
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Date degli appelli d'esame
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Modalità di erogazione
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Tradizionale
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Modalità di frequenza
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Non obbligatoria
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Canale: 2
Docente
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SAINI NAURANG LAL
(programma)
Sistemi termodinamici, variabili termodinamiche, Principio zero della termodinamica e temperatura. Trasformazioni termodinamiche, equilibrio termodinamico, trasformazioni quasi-statiche e reversibili, dilatazione e compressibilità, gas perfetto, Equazione di stato.
Trasmissione del calore: conduzione, convenzione e irraggiamento. Conducibilità termica.
Termometria: Misura della temperatura, Termometro a gas e scala Kelvin, Termometro a dilatazione dei solidi e liquidi, Costante di tempo del termometro, Termometri elettrici (Termometri a resistenza, Termistori e Termometri a termocoppia). Pirometri.
Calorimetria: Calorimetro delle mescolanze, Costante di tempo del calorimetro, Equivalente in acqua e sua misura, Calorimetri isotermici.
Teoria cinetica dei gas. Interpretazione microscopica di pressione e relazione tra temperatura ed energia cinetica. Teorema di equipartizione di energia.
Diagrammi delle fasi: Spazio P, V, T (tagli P-V, P-T e V-T). Fenomenologia dei passaggi di stato e punto critico. Isoterme di un gas reale ed equazione di van der Waals.
Lavoro termodinamico. Calore, equivalente meccanico della caloria e esperienza di Joule. Calori specifici (gas perfetto e i solidi) e relazione di Meyer.
Primo principio della termodinamica: Equivalenza calore-lavoro. Energia interna. Energia interna di un gas perfetto e dipendenza dalla temperatura. Espansione libera di Joule.
Trasformazioni cicliche. Macchine termiche e frigorifere, Rendimento e il COP.
Il secondo principio della termodinamica: enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius. Teorema di Carnot e temperatura termodinamica assoluta. Integrale di Clausius. Entropia. Entropia e reversibilità. Variazione di entropia per sistema, ambiente e universo.
Potenziali termodinamici: Entalpia H, Energie libere (Energia libera di Helmholtz F e di Gibbs G). Relazioni di Maxwell. Equazione di Clausius e Clapeyron
Funzione di distribuzione delle velocità molecolari. Flusso delle molecole attraverso una superficie piana. Urti molecolari, Frequenza di collisione. Cammino libero medio.
Generalità sui fenomeni di trasporto. Effusione e Diffusione, Trasporto di materia, di quantità di moto, di energia termica. Legge di Fick per la diffusione, Legge di Newton per la viscosità e Legge di Fourier per la conducibilità termica.
Regimi di flusso del gas e numero di Knudsen. Distinzione tra flusso molecolare e flusso viscoso laminare o turbolento. Portata Q e portata volumetrica S, Conduttanza.
Introduzione del vuoto e sue applicazioni. Descrizione di un sistema a vuoto: camera da vuoto, impianto di pompaggio, misura del vuoto. Evoluzione della pressione in funzione del tempo di un recipiente con e senza perdite. Tempo di svuotamento di una camera da vuoto. Velocità di aspirazione in presenza di una conduttanza C. Velocità di pompaggio efficace. Introduzione alle pompe da vuoto (pompa rotativa, turbomolecolare, a diffusione e ionica). Misura della pressione negli impianti da vuoto (misuratori diretti e indiretti).
1. Fisica I
Meccanica e Termodinamica
Mencuccini e Silvestrini
2. Fisica Generale
Focardi, Massa e Uguzzoni
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Date di inizio e termine delle attività didattiche
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28-09-2020 -
22-01-2021 |
Date degli appelli
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Date degli appelli d'esame
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Modalità di erogazione
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Tradizionale
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Modalità di frequenza
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Non obbligatoria
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