Risposte alle domande per l'esame di Fisica tecnica

Risposte fisica tecnica

Portata in massa e flusso monodimensionale

Per portata in massa (classica) si intende la quantità di sostanza in massa che fluisce all'interno del sistema nell'unità di tempo.

Definiamo la portata in massa nel seguente modo: ṁ = lim_Δt→0 Δm/Δt = dm/dt.

Per flusso monodimensionale intendiamo invece il variare delle proprietà lungo una sola direzione, la quale in genere identifica la direzione del moto. In tutte le direzioni differenti da quelle del moto, le proprietà si considerano costanti.

Risposte fisica tecnica

Portata in massa e flusso monodimensionale

Per portata in massa (classica) si intende la quantità di sostanza in massa che fluisce all'interno del sistema nell'unità di tempo.

Definiamo la portata in massa nel seguente modo: ṁ = lim(Δt→0) Δm/Δt = dm/dt.

Per flusso monodimensionale intendiamo invece il variare delle proprietà lungo una sola direzione la quale in genere identifica la direzione del moto, in tutte le direzioni differenti da quelle del moto le proprietà si considerano costanti.

Esperimento P.V.T.

È un esperimento con il fine di stabilire le correlazioni tra pressione, volume specifico e temperatura per una sostanza pura, in un sistema chiuso cilindro-pistone.

L'esperimento vede come fase iniziale l'equilibrio del sistema cilindro-pistone e una sostanza pura allo stato solido posta all'interno del cilindro.

Successivamente viene fornito calore al sistema e si registrano 5 momenti rilevanti:

• Dopo aver fornito calore al sistema in maniera quasi statica, osserviamo un aumento di volume e temperatura, mentre la pressione resta costante.
• Nella seconda fase continuiamo a fornire calore al sistema in modo quasi statico e osserviamo un passaggio dalla fase solida a quella liquida. In questo caso il volume continua ad aumentare, pressione e temperatura restano invariate.
• Nelle fasi successive continuiamo a fornire calore al sistema registrando un aumento di volume e temperatura, mentre durante le transizioni di fase si registra un aumento solo del volume, in quanto gran parte del calore fornito è impiegato per la transizione di fase.

Proprietà dei vapori

Per vapore si definisce lo stato aeriforme della materia in cui coesistono fase liquida e gassosa.

Considerando il piano di Clapeyron, il vapore è la zona del piano contenuta al di sotto della curva di saturazione, detta anche "campana".

Essendo la campana definita al di sotto della temperatura critica, il vapore può essere trasformato in fase liquida per sola compressione.

La curva di saturazione si compone di due tratti fondamentali:

• Il lato sinistro della campana costituisce il liquido saturo in cui abbiamo il 100% della fase liquida e 0% di vapore.
• Il lato destro costituisce invece il vapore saturo secco, caratterizzato dal 100% di vapore e lo 0% di liquido.

La curva di saturazione o campana è caratterizzata da una relazione biunivoca delle variabili che definiscono una sostanza nei punti appartenenti alla curva; conoscendo quindi una variabile in un punto della campana, possiamo ricavare la seconda variabile in funzione della prima.

Nella zona del vapore saturo, all'interno della campana, possiamo identificare la composizione in un determinato punto attraverso il titolo del vapore:

X = m_v / m.

6 Proprietà dei liquidi

Per stato liquido intendiamo lo stato della materia la cui temperatura non supera la temperatura critica e il loro volume non dipende dalla pressione, ovvero:

V=cost. ⇒ dv =

Dal postulato di stato si osserva che una qualsiasi proprietà è funzione di 2 proprietà intensive del sistema quindi:

μ = μ(T, v) dμ = (∂μ/∂T)_v dT + (∂μ/∂v)_T dv = (∂μ/∂T) dT.

Essendo dv = per definizione di liquido incomprimibile, se ne deduce che l'energia interna di un liquido è funzione della sola temperatura ⇒ dμ = Cv dT ⇒ Cv = dμ/dt.

Consideriamo ora l'entalpia: h = μ + Pv dh = dμ + dPv + ρdv ⇒ dh = dμ + V dp,

Si osserva che per un liquido Cp = (∂h/∂T)_ρ = (∂μ/∂T)_ρ = dμ/dt = Cv ⇒ Cp = Cv = c ⇒ dh = Cv dT = c dT = ⇒ dh = c dT + V dp.

Per piccole variazioni di pressione abbiamo che Δu ≅ Δh.

6. Equazione di stato di un gas ideale

Per il calcolo delle proprietà intensive di una sostanza pura è necessario disporre di un'equazione che descriva tali proprietà il che è impossibile, in quanto una singola equazione non può descrivere le proprietà di una sostanza in tutti gli stati d'esistenza; possiamo tuttavia formulare un'equazi