Fisica tecnica

Finalità

Il corso si propone di fornire le nozioni di base per l'analisi energetica dei sistemi, sia attraverso lo studio dei processi di conversione tra le diverse forme di energia (termica, meccanica) sia fornendo gli elementi fondamentali sui meccanismi dello scambio termico e della meccanica del fluidi.

Programma

Termodinamica. Richiami sui sistemi di unità di misura.
Generalità e definizioni. Primo principio della termodinamica e proprietà energia. Secondo principio della termodinamica e proprietà entropia. Teorema dell'aumento dell'entropia. Sistemi semplici monocomponenti. Superficie (p, v, T) e diagrammi termodinamici (p, v) e (p, T). Gas perfetti. Proprietà e trasformazioni del gas perfetti. Gas reali. Equazione di Van der Waals. Legge degli stati corrispondenti. Fattore di compressibilità. Proprietà dei liquidi. Proprietà e trasformazioni dei vapori saturi e surriscaldati. Diagrammi termodinamici (t, s) e (h, s).
Sistemi semplici multicomponenti. Proprietà delle miscele di gas perfetti. Miscele di aria e vapore d'acqua. Termodinamica del sistemi aperti. Definizioni. Equazioni di bilancio di massa, energia ed entropia. Cicli termodinamici: ciclo Rankine e ciclo frigorifero.

Fluidodinamica. Aspetti fisici del moto di un fluido. Viscosità. Moto laminare e moto turbolento. Strato limite dinamico. Equazioni fondamentali del moto isotermo. Alcune soluzioni per il regime laminare. Analisi dimensionale. Moto del fluidi in condotti. Equazioni integrali. Equazione di bilancio dell'energia meccanica. Equazione di Bernoulli. Perdite di carico. Misure di velocità e di portata. Fluidi comprimibili. Numero di Mach. Moto in condotti a sezione variabile. Equazione di propagazione delle onde acustiche. Elementi di acustica applicata.

Termocinetica. Conduzione. Legge di Fourier. Equazione di bilancio dell'energia. Equazione di Fourier. Conduzione stazionaria. Conduzione in regime variabile. Conduzione con generazione. Analogia elettrica. Convezione. Analisi dimensionale. Strato limite termico. Convezione forzata, naturale e mista. Irraggiarnento termico. Generalità e definizioni. Leggi dell'irraggiamento. Fattore di forma e sue proprietà. Applicazioni relative al mutuo scambio radioattivo tra superfici nere e grigie. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio. Coefficiente globale di scambio termico. Superfici alettate. Scambiatori di calore. Differenza di temperatura media logaritmica. Efficienza dello scambiatore.

Attività d'esercitazione

Parte integrante del corso sono le esercitazioni numeriche come momento di verifica e chiarimento delle nozioni teoriche acquisite nelle ore di lezione. Le esercitazioni si completano con una serie di dimostrazioni pratiche sull'impiego del più importanti strumenti per la misura di: temperatura, pressione, umidità, velocità e portata di fluidi.

Modalità d'esame

L'esame consiste in un colloquio su tre temi distinti e relativi alla termodinamica, alla fluidodinamica e alla termocinetica. Oltre agli argomenti teorici compresi nel programma, sono argomento di esame anche esempi di applicazione del tipo di quelli presentati durante il corso di esercitazioni.

Propedeuticità

Per seguire il corso con profitto è necessaria la conoscenza di: Fisica generale I, Meccanica razionale, Analisi matematica I e II.

Testi consigliati

A. COCCHI: " Elementi di termofisica generale e applicata ", Società Ed.Esculapio, Bologna, 1990.
A. GIULIANI ed Altri: " Esercizi di Fisica Tecnica ", Voli. I e II, Ed. Patron, Bologna.
AUTORI VARI: " Esercizi di Fisica Tecnica ", Ed. Petroni, Bologna.

Testi d'approfondimento

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