Teoria e domande Fisica tecnica

Introduzione alla termodinamica applicata

Al centro dell’analisi ho il sistema termodinamico: una porzione di spazio/materia. La sua superficie di controllo è il confine (scelta da noi) (ne disegno el tratteggiata)

Fuori dalla sup. di controllo: ambiente esterno in cui è solo lo spazio che - (tutto l’universo) interagisce con il sistema idealmente.

Sistema chiuso:

• sistema che permette l’ingresso e l’uscita di energia, ma non permette l’ingresso e l’uscita di massa (es: sistema cilindro e pistone).
• MASSA = cost, VOLUME = variabile

Sistema aperto:

• sistema che permette l’ingresso e l’uscita sia di energia che di massa (es: espansore, scambiatore di calore).
• MASSA = variabile, VOLUME = cost

Systema isolato:

• Sistema chiuso che viene isolato impedendo il passaggio sia di massa che di energia (come calore e lavoro) con l’ambiente esterno.
• L’universo è un tipico esempio di S.I.; è l’insieme di sistema e ambiente esterno.

Il sistema è in uno stato termodinamico, se tutte le proprietà misurabili del sistema hanno valore fisso.

L’insieme di parametri del sistema definiti in uno stato termo. sono dette proprietà del sistema e sono andrei le sue coordinate termodinamiche e grandezze di stato.

Nei sistema “semplici” costruiti da sostanze pure il numero di variabili indipendenti necessarie è.

EQUAZIONE DI STATO

Legame funzionale tra le proprietà indipendenti e al dipendenti

Termodinamica classica

Descrizione del sistema in modo macroscopico

Se il sistema è in uno stato termodinamico è in equilibrio e non subisce grandi cambi nel tempo

Un sistema si dice in equilibrio se non è possibile il passaggio spontaneo a un altro stato senza che si abbia una modifica.

Equilibrio spontaneo anche nello stato dell'ambiente esterno.

• Equ. termico
• Equ. meccanico
• Equ. di fase

Purché un sistema sia in eq. termodinamico deve essere contemporaneo in eq. (1) (2) (3) (4)

Equilibrio locale: equilibrio di sistemi di dimensioni infinitesime, necessario per poter descrivere sistemi aperti

Una proprietà acquista senso solo se il sistema è in equilibrio, sono grandezze di stato, contrariamente alle grandezze di scambio definite nel passaggio da uno stato di equilibrio all'altro.

Massa=proprietà

Distanza percorsa = no proprietà

TRAS. CICLICHE

Un ciclo termodinamico è una trasformazione che parte e arriva allo stesso punto.

Equazione di Bilancio

Una volta identificate le proprietà del sistema, si sceglie la proprietà estensiva (P) di cui si vuole costruire il bilancio.

Al primo membro

• Tutto ciò che fa crescere (P) nel sistema
• P entrata
• P generato

Al secondo membro

• Tutto ciò che fa diminuire (P) nel sistema
• P uscita
• P ausiliaria
• Variazione ai P "termine di accumulo"

In simboli: [P_e] + [P_gen] = [P_u] + [P_aus] + [ΔP]

Si postula che la massa sia una grandezza conservativa, cioè non si crea e non si distrugge.

• [m_gen] = [m_aus] = 0
• Non nei sistemi aperti studiati a loco (NC)
• [Σm_e] - [Σm_u] + [ΔḿVc]

1) Do calore a una sostanza allo stato solido (pura) la T aumenta e il Vspecifico aumenta di poco

2) Ha inizio la fusione, la T rimane costante, il sistema è bifasico (coesistenza liquido-solido). Pe rimangono costanti, mentre le pspecifiche di m aumentano, la massa aumenta fino alla completa trasformazione in liquido

calore/entalpia di fusione = q.tà di calore fornita al sist. di unità di massa necessario ma per il passaggio di stato

3) la t aumenta nel sistema a solo liquido

4) Ha inizio la vaporizzazione, la massa aumenta T,P rimangono costanti

5) Finita la trasformazione in tutto gas, la T aumenta di nuovo, il volume è molto maggiore

(STUDIA SUP. CARATTERISTICA LIBRO)

CURVA LIMITE INFERIORE => dove il liquido sta per trasformarsi in vapore

luogo dei pti del => LIQUIDO SATURO

CURVA LIMITE SUPERIORE => c'è vapore saturo senza liquido, la vaporizzazione è completa

luogo dei pti del => VAPORE SATURO SECCO

VAPORE SATURO => all'interno della campana, vapore in condizioni di saturazione e in coesistenza con il liquido saturo

h = hl x x (hvss - hl)

u = ul + x (uvss - ul)

s = sl + x (svss - sl)

2) Proprietà vapore surriscaldato:

È una zona mono-fasica e quindi ho sempre 2 p. variabili indipendenti: le tabelle del V.S. hanno come coppia di valori temperatura e pressione.

3) Proprietà gas reali a comportamento ideale:

PV = RT

Si basa sulle ipotesi che le molecole del gas siano di priva massa e che non ci siano forze intermolecolari. Non avviene nella realtà.

Modello gas ideale: vicino alla realtà quando il gas è poco denso ovvero a pressione bassa e temperatura alta

ERRORE = 100 ⋅ _{Zreale - 1} / _Zreale ⇒ scostamento fino all'1% posso usare l'eq. di stato dei gas ideali

IMPORTANTE In definitiva se:

• R < 1, PR < 0.01
• TR > 1, PR < 0.1
• TR > 2, PR ≈ 1

posso usare l'eq. di stato dei gas ideali

Energia cinetica

è la forma di energia correlata al moto del sistema ed è definita in termini di moto (relativo tra il sistema e un sistema di riferimento).

F · dl = ma · dl

a = dw/dt

dl = w · dt

F · dl = mw · dw

E_cin = ∫_w1^w2 F · dl = ∫₀^w mw · dw = m · w²/2

ε_cin = w²/2

Energia interna

la somma di tutte quelle forme di energia microscopica: E_int = U

Alcuni esempi di energie sommabili per ottenere U:

1. ENERGIA INTERNA SENSIBILE
2. ENERGIA INTERNA LATENTE (latente perché non la vedo ne misuro con la temperatura)
3. ENERGIA CHIMICA
4. ENERGIA NUCLEARE

Energia meccanica

Insieme delle forme di energia direttamente e completamente convertibili in lavoro da parte di un componente ideale (tipo turbina).

L'energia meccanica è una grandezza di stato e non va confusa con il lavoro.

se il tempo di osservazione è infinitesimo

δq_i - δl_i = d_emc = d(u + gz + w²/2)

δq_i - δl_i = d_umc

I.P. per un processo ciclico

∮dx = 0

in un ciclo chiuso

calore netto scambiato = lavoro netto scambiato

ΔE_mc = E₂ - E₁ = 0

Q - L = 0

I. PRINCIPIO PER UN P. CICLICO

scritto in notazione differenziale no

∮δq_i - ∮δl_i = ∮d_umc = 0

∮(δq_i - δl_i) = 0

∮δq_i = ∮(l_sdeel - l_qul)

∮δl_i = ∮(l_qul - l_sdel)

I.P. per i sistemi aperti

Nei sistemi aperti la sup. di controllo è fissa e il volume del sistema è cost., mentre la massa no, quindi si usa il volume di controllo (VC)

Δv_e = (A_ew_e)Δt

varco entrata

volume di base A_e velocità w_e

Δv_u = (A_uw_u)Δt