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Fisica L43 - 10 1
Termodinamica· Studia cosa succede macroscopicamente a un
sistema sottoposto a trasformazioni energetiche
· Sistema: parte di spazio o quantità di materia
· Aperto/chiuso
· Isolato
· Omogeneo
· Grandezze termodinamiche: funzioni di stato
· Macro e micro meccanica statistica→
· Principi della termodinamica
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Principi della termodinamicaGrandezze termodinamiche● Energia termica calore→● Temperatura
0.Principio dell’equilibrio termico
1.Legame fra energia, calore e lavoro
2.Conversione netta di energia in lavoro
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Energia termica· Calore fluido calorico→
· Energia totale di movimento microscopico di un sistema
· Sistema adiabatico
· Può essere convertito da e in altre forme
· Simulazione
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Temperatura· Stato termico misura dell’energia → media
· per ogni grado di libertà
· Cosa sono i gradi di libertà?
· Quanti sono i gradi di libertà di un corpo?
· Misura: scale termometriche
· °F – Fahrenheit
· °C – Celsius o centigrada
· K – Kelvin o assoluta
K=12
k T
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Conversione delle temperature
· Tradizionale °C→
· 0°C temperatura di solidificazione dell’acqua a P=1 atm
· 100°C temperatura di ebollizione dell’acqua a P=1 atm
· Fahrenheit °F→
· Anglosassone
· 0°C= 32°F – 100°C = 212°F
· Kelvin K→
· 0 assoluto della temperatura
· 0°C=273,15 K
T ° F=95
T °C+32 T °C=59
(T ° F−32)
T K=T °C+273,15 T °C=T K−273,15
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Termometri· Basati su fenomeni in cui la temperatura interagisce
con altre caratteristiche della materia
· Dilatazione termica lineare
· Dilatazione termica volumetrica
· Differenza di potenziale in una termocoppia
· Dipendenza della resistenza elettrica dalla temperatura
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Comportamento della materia· Isolanti e conduttori
· Passaggi di stato
· Calore latente
· Stati della materia
· Diagramma di stato
· Punto triplo
· Punto critico
· La particolarità dell’acqua
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Dilatazione termica· Lineare
· Volumica
Δ L=LαΔT
Lfin=L(1+αΔT )
ΔV=V kΔTV fin=V (1+k ΔT )
k=3α
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Esempi ed esercizi· Una pallina di piombo a temperatura ambiente ha
diametro di 3 cm. Passa in un anello di acciaio del diametro interno di 3,003 cm.A quale temperatura devo scaldare la pallina per farla incastrare nel foro dell’anello?
· Se scaldo tutto il sistema, riesco a far incastrare la pallina prima di fonderla?
· Cosa cambia se cambio dimensioni e materiali?
· Le giunture dei viadotti e le costruzioni edilizie
T f Pb=600K T f acc=1640−1800K
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Assorbimento del calore· L’assorbimento o la cessione del calore fanno
variare la temperatura di un corpo
· Capacità termica
· Calore specifico· Solidi e liquidi
· Aeriformi
· Calore latente
Q=C ΔT
Q=cmΔTQ=c nΔT
Q=Lm
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Esempi ed esercizi· Quanta acqua resta non congelata, dopo che sono
stati estratti 50.2 kJ di calore da 260 g di acqua liquida al suo punto di congelamento? (L=333kJ/kg)
· Un vaso di rame (150 g) contiene 220 g di acqua a 20°C. Un cilindro di rame (300 g) molto caldo, viene immerso nell’acqua facendola bollire. 50g di acqua diventano vapore. Il sistema alla fine è a 100°C: quanto calore è passato all’acqua? Quanto al vaso?
· Un video interessante :)
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Esempi ed esercizi 2· Quanto calore occorre per far passare 720 g di
ghiaccio solido a T=-10°C allo stato di acqua liquida a 15°C?
· Ho una tazza di tè (500 g di acqua a 80°C). Se la dimentico sul tavolo, in una stanza a 20°C, cosa succede? Posso calcolare la temperatura finale del tè? Di cosa ho bisogno?
· Due cubetti di ghiaccio (50 g l’uno) a -15°C vengono immersi in un thermos contenente 200 g di acqua a 25°C. Qual è la temperatura finale nel thermos?
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Principio Zero della Termodinamica
· Equilibrio termico
· Corpi a temperatura diversa tendono a portarsi alla stessa temperatura
· Passaggio spontaneo di calore dal corpo più caldo (T >) a quello più freddo (T<)
· Temperatura = misura dell’energia cinetica media· Microscopicamente: teorema di equipartizione
· Scambi di calore
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Passaggio del calore· Conduzione
· Nei solidi
· Convezione
· Naturale o forzata
· Nei fluidi
· Irraggiamento
· Nel vuoto
· Radiazione di corpo nero
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Conduzione· Passaggio di calore SENZA movimento di materia
· Trasmissione del movimento delleparticelle per contatto diretto
· Isolanti e conduttori termici
ΔQΔ t
=λΔT S
L
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Convezione· Si “accende” quando la conduzione
è insufficiente
· Esempi
· Acqua che bolle
· Termosifoni
· Formulazione complessa
· Dipende dai fluidi
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Irraggiamento· Tutti i corpi irraggiano
· Legge di Planck (spettro di corpo nero)
· Legge di Wien
· Legge di Stefan-Boltzmann
· Termografia
λmT=cost
E=σT 4
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Esempi ed esercizi· Una lastra di spessore 25 cm e superficie 90 cm2 è di
rame. Si trova tra 2 sorgenti, una a 125°C, l’altra a 10°C. Qual è la potenza termica trasmessa a regime stazionario?
· Una barra di rame lunga 1.2 m e con sezione di 4.8 cm2 è isolata. Le sue estremità sono però mantenute a una differenza di temperatura di 100°C, ponendone una in una miscela di acqua e ghiaccio, l’altra in una miscela di acqua e vapore. Quanto calore si trasmette nella barra e quanto ghiaccio si fonde in ogni secondo?