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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?