Elementi di Termodinamica

Crediti

Propedeuticità

Fisica 1 con Laboratorio.

Settore scientifico-disciplinare

FIS/01 – FIS/08

Modalità dell’esame

Prova orale.

Obiettivi
formativi

Il corso fornisce gli elementi che completano e ampliano le conoscenze di termodinamica, introdotte nell’insegnamento di Fisica 1 con laboratorio, fino alla connessione con l’interpretazione microscopica delle sue leggi. L’esposizione segue la tipica impostazione fenomenologica degli insegnamenti di fisica, senza trascurare gli aspetti matematici più avanzati come l’impostazione delle equazioni generali, l’introduzione della formulazione assiomatica della termodinamica o i cenni sulla termodinamica del continuo.

Programma

Contenuti: Elementi di termologia e calorimetria: richiami sui concetti di base dei fenomeni termici. Temperatura e calore. Descrizione macroscopica dei sistemi: stati termodinamici, variabili di stato, funzioni di stato. Trasformazioni dei sistemi termodinamici. Coefficiente di dilatazione termica. Coefficiente di compressibilità. Equazioni di stato. Il gas ideale. Capacità termica e calore specifico. Trasmissione del calore. Equazione di diffusione di Fourier.

Trasformazioni di lavoro e calore: il lavoro termodinamico. Equivalenza fra lavoro e calore. Energia interna e primo principio della termodinamica. Trasformazioni adiabatiche. Trasformazioni di calore in lavoro. I cicli termodinamici. Il secondo principio della termodinamica e sua formulazione in termini di irreversibilità dei processi o di limite delle prestazioni delle macchine termiche. Il teorema di Carnot. La scala termodinamica di temperatura. La funzione di stato entropia. Processi Irreversibili e aumento dell’entropia. Il terzo principio della termodinamica.

Applicazioni della termodinamica: Entropia di sistemi semplici. Variazioni di entropia in trasformazioni reversibili e irreversibili. I potenziali termodinamici. I sistemi gassosi reali. Le transizioni di fase. L’equazione di Clapeyron. Introduzione alla formulazione assiomatica della termodinamica. Cenni sulle equazioni della termodinamica del continuo.

Elementi di termodinamica statistica: Reversibilità microscopica e irreversibilità macroscopica. Teoria cinetica del gas ideale di Maxwell. Distribuzione di Boltzmann e sue applicazioni. Interpretazione statistica degli scambi energetici di calore e lavoro. Interpretazione statistica del secondo principio della termodinamica.

Risultati dell’apprendimento
attesi

Al termine dell’insegnamento, lo studente deve dimostrare di

conoscere e comprendere le problematiche relative alla descrizione di un problema di termodinamica attraverso strumenti matematici con particolare riguardo alle equazioni di bilancio e alle equazioni costitutive;
saper applicare le conoscenze acquisite impostando autonomamente un problema di termodinamica attraverso la sua modellizzazione e saper risolvere il modello derivato mediante gli opportuni metodi matematici;
saper comunicare in maniera chiara, rigorosa ed efficace idee e soluzioni a interlocutori specialisti e non specialisti;
saper individuare i metodi più appropriati per analizzare e risolvere un problema inerente gli argomenti del corso e interpretare correttamente i risultati.

Risultati di apprendimento
che si intende verificare

Padronanza delle conoscenze, chiarezza nell’esposizione, rigore nell’uso del linguaggio, disinvoltura nell’uso delle nozioni acquisite.

Elementi di Termodinamica