Fisica tecnica

TRASPORTO CALORE

Cosa è il calore

Il calore è definito come energia in transito

cioè:

- energia che passa da un sistema ad un altro a causa di

una differenza di temperatura.

Importante:

- il calore non è contenuto in un corpo

- esiste solo durante lo scambio.

SISTEMA TERMODINAMICO

Un sistema termodinamico è

- la porzione di universo che si decide di studiare.

- Tutto il resto è chiamato ambiente.

Tra sistema e ambiente c’è una superficie di separazione

chiamata: del sistema

contorno

Tipi di sistemi

1. Sistema aperto

Scambia con l’ambiente:

- Massa

- Energia

- lavoro

Esempio: aperta

pentola vivente

organismo

2. Sistema chiuso

Scambia con l’ambiente:

- Energia

- lavoro

Ma non massa

3. Sistema isolato

Non scambia:

- Massa, energia e lavoro

Esempio ideale

Thermos



ENERGIA

L’energia è la capacità di compiere lavoro.

due grandi categorie.

Esistono

1. Energie macroscopiche

Dipendono dal sistema nel suo complesso.

Esempi:

energia cinetica

 energia potenziale

 energia elastica

 energia magnetica



energia cinetica: È l’energia di un corpo in movimento Ec = ½



2

mv

energia potenziale: È l’energia dovuta alla posizione. U = m g y



v = velocità

 m = massa

 g = gravità

 y = altezza



2. Energie microscopiche

Dipendono dalla struttura molecolare.

Costituiscono l’energia interna.

Comprendono:

energia sensibile

 energia latente

 energia chimica

 energia nucleare



ENERGIA IN TRANSITO

Quando l’energia attraversa il contorno del sistema, può farlo

sotto forma di:

- lavoro

- calore

Nel sistema aperto si aggiunge anche:

- massa

LAVORO MECCANICO

Il lavoro misura l’effetto di una forza che provoca uno spostamento.

Se: forza e spostamento hanno stessa direzione → lavoro

 positivo

direzioni opposte → lavoro negativo

 perpendicolari → lavoro nullo



LAVORO ELETTRICO

Quando una corrente attraversa un sistema si compie lavoro

elettrico.

La potenza elettrica è:

=VI

Ẃ e

dove: V = tensione

 I = corrente



Effetto Joule: .

 l’energia elettrica → calore

POTENZA

La potenza indica quanto velocemente viene compiuto un

lavoro.

Unità di misura:

(W)

Watt

1 W = 1 Joule al secondo.

La potenza di un sistema fisico è il rapporto tra il lavoro compiuto e

il tempo necessario a svolgerlo

montacarichi ha una potenza maggiore del muratore.

Il

TEOREMA DELL’ENERGIA CINETICA

Il lavoro totale fatto su un corpo produce una variazione della sua

energia cinetica. (l’energia di un corpo in movimento)

=K −K

W f i

lavoro = variazione energia cinetica.

LAVORO COMPIUTO DALLA FORZA GRAVITAZIONALE

Il lavoro compiuto dalla forza peso fa variare l’energia potenziale

del sistema

ENERGIA MECCANICA

L’energia meccanica è:

=K +U

EM

cioè: energia cinetica

 energia potenziale.



Se non ci sono altre forze dissipative l’energia meccanica si

conserva.

ENERGIA INTERNA E ESPERIMENTO DI JOULE

Joule dimostrò che il lavoro può trasformarsi in calore.

Esperimento:

un peso scende

 fa ruotare una pala in acqua

 l’acqua si riscalda



Risultato:

la temperatura aumenta

 l’energia meccanica diventa energia interna.



Relazione trovata:

=cM

W Δ T

dove: c = calore specifico

 M = massa

 ΔT = variazione di temperatura



Joule determinò che:



1 caloria = 4180 J.

Significa:

per aumentare di 1°C 1 kg di acqua

 servono 4180 J.



PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Il primo principio dice che:

si conserva

l’energia

Per un sistema chiuso:

= + +

Q+W Δ U Δ K Δ E

cioè:

energia entrante = variazione energia del sistema.

Una candela sta bruciando in una stanza ben isolata. Considerando

che il sistema sia c