Termodinamica e Laboratorio

AA. 2022-23

(N. L. Saini)

Sistemi termodinamici, variabili termodinamiche, Principio zero della termodinamica e temperatura.
Trasformazioni termodinamiche,  equilibrio termodinamico, trasformazioni quasi-statiche e reversibilita',  dilatazione e compressibilita, 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) e relazione di Meyer.

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 reversibilita'. Teorema di Carnot e temperatura termodinamica assoluta. Calcolo della variazione di entropia per sistema, ambiente e universo.

Trasmissione del calore: conduzione, convenzione e irraggiamento. Conducibilita' 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 dell'energia. Funzione di distribuzione delle velocita' di Maxwell. Flusso delle molecole attraverso una superficie piana. Urti molecolari, Frequenza di collisione. Cammino libero medio.

Generalita' 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 quantita' di moto, di energia termica). Legge di Fick per la diffusione, Legge di Newton per la viscosita e Legge di Fourier per la conducibilita' 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. Velocita' di aspirazione in presenza di una conduttanza C. Andamento della velocita' 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).