Appunti di fisica dell'edificio (termodinamica e psicrometria) 12 CFU

FISICA DELL'EDIFICIO

2018

MATERIALE PER L'ESAME:

1. DISPENSE (su leer)
2. MATERIALE ESERCITAZIONE (facoltativi)
3. LIBRI
4. CARTELLA TEMI D'ESAME (su leer)

MODALITÀ D'ESAME

• SCRITTO: esercizi sugli argomenti del corso (tranne analitica)
• ORALE: su carattere più teorico (facoltativa)

ARGOMENTI DEL CORSO

1. TERMODINAMICA:

   • bilancia energetica
   • bilancia di massa
   • prestazioni energetiche parete di calore
   • aria umida

2. TRASMISSIONE CALORE:

   • sussurrino
   • epidermo edificio

3. FONDAMENTI A ILLUMINOTECNICA E ACUSTICA

RIPASSO

COSTRUZIONE DELLE GRANDEZZE

Per ottenere le descrizioni quantitative delle nostre osservazioni della natura si deve:

1. Seguire grandezze fondamentali
2. Seguire le unità di misura adottate
3. Costruire campioni delle unità adottate

Detto _G la grandezza che si intende misurare e _ug la corrispondente unità di misura, si esprime la misura eseguita con

G = n • ug

n numero reale

0. Il SISTEMA INTERNAZIONALE di unità di misura (SI) è basato su 7 grandezze fondamentali:

1. Lunghezza
2. Tempo
3. Massa
4. Temperatura
5. Intensità di corrente elettrica
6. Intensità luminosa
7. Quantità di sostanza

• Grandezza
• Unità di misura (simbolo)

m s kg K A cd mol

Il sistema internazionale (SI) è un sistema coerente, in quanto dalle 7 grandezze fondamentali si ricavano tramite prodotto e grandezze derivate.

Analisi Dimensionale di una Grandezza

Come si procede?

Cosa fondamentale: definire il sistema di unità di misura su quale ci riferiamo riferiscono.

[G]=[A]^x[B]^y[C]^z[D]^k[E]^ω

A, B, C, D, E grandezze del sistema scelto.

Scopo: esprimere G come prodotto di grandezze fondamentali del sistema, elevate ad una certa potenza

Ciò vale anche per le unità di misura di tali grandezze:

u_G = u_A^x u_B^y u_C^z u_O^k u_E^ω

Esempio:

P = ^E/_t

[P]=[E][t]^-1

E è una grandezza fondamentale, dunque mi fermo

Energia cinetica

[E] = 1/2 m v²

[E]=[M][v]²

Da E si procede

E è una grandezza fond

s = v t

v = ^s/_t

[v] = [l][t]^-1[v]² = [l]²[t]^-2

• una mole di una sostanza contiene 6,023 x 10²³ molecole, pari al numero di Avogadro NA

Simboli

• NA = n° di Avogadro
• m = massa
• Mm = massa molare
• A(x) = massa atomica del componente

MASSA ATOMICA / NUMERO di MASSA

corrisponde alla somma tra protoni e neutroni presenti nel nucleo di un atomo

Alcuni importanti:

• A(Na) = 23 uma
• A(Cl) = 35,5 uma
• A(O) = 16 uma
• A(H) = 1 uma
• A(C) = 12 uma

unità di massa atomica

Perché si è scelta l’unità di massa atomica?

Perché le masse dei componenti sono davvero piccole, nell’ordine di 10^-26/-27 Kg allora si è scelta tale unità di misura che è in rapporto:

1 uma = 1,66 x 10^-27 Kg

MASSA MOLARE

essa rappresenta la massa in grammi di una mole di quel componente

- come si calcola?

es: Mm (O₂) = ?

Mm (O₂) = A(O) + A(O)

= 16 uma + 16 uma = 32 g/mol

CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI RISPETTO ALLA CAPACITÀ DI:

• ENERGIA
• MASSA

CON L'ESTERNO

1. SISTEMA APERTO: può scambiare con il resto dell'universo massa e grande energia (sotto forma di lavoro o calore)
2. SISTEMA CHIUSO: può scambiare energia
3. SISTEMA ISOLATO: non può cambiare né energia

+ SITUAZIONE IMPOSSIBILE: può cambiare massa

EQUILIBRIO TERMODINAMICO

L'intero l'analisi di sistemi semplici (temporaneamente) è dovuto o i segni di contatto attraverso la ulteriore restrizione che facciamo e dovuti a segnalazioni fisiche profonde:

• non considerando per ciascun sistema soltanto stati facili da descrivere, detti STATI DI EQUILIBRIO

Seguindo l'assiomatizzazione su Gibbs, si assicura che l'equilibrio di un sistema semplice sia descritto completamente da U, V, Nc.

• osserva il Carathéodory che possediamo che l'equilibrio del sist. può essere descritto da quanti meccanica misurata p.V

POSTULATO I:

I sistemi semplici possono trovarsi in alcuni stati particolari che, a livello macroscopico, sono comportamentale descritti dai segni:

• Energia interna U
• del volume V
• del numero di moli Nc

vengono detti STATI DI EQUILIBRIO.

TRASFORMAZIONI QUASI STATICHE

Definiamo quasi statica una trasformazione costituita da una successione ordinata di stati di equilibrio.

Nella pratica però una trasformazione avviene solo quando sono presenti degli squilibri.

Per esempio un pistone contenuto in un cilindro si sposta verso l'esterno solo se la pressione esterna è minore di quella interna. Nel momento in cui il vincolo che tratteneva il pistone, presto cederà rapidamente e la pressione all'interno del sistema non può rimanere ne' bastano più valori di U, V, N per descrivere completamente lo stato, ma bisogna introdurre la distribuzione spaziale della pressione.

Però nella pratica siamo in grado di approssimare tale trasformazione (considerandola quasi statica) con una successione di stati di equilibrio.

COME?

Facendo avvenire la trasformazione in modo sufficientemente lento, per esempio possiamo permettere al cilindro di spostarsi solo un millimetro sotto l'azione della differenza di pressione, attendere che la pressione interna torni uniforme, lasciare spostare di un altro millimetro, attendere e così via.

Cosa intendiamo con "lento"? Per lento intendiamo lento rispetto al tempo di rilassamento proprio del sistema.

Le trasformazioni reali possono essere considerate quasi statiche se t > > t_r t_r = tempo di rilassamento proprio del sistema.

POSTULATI SULL'ENTROPIA

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

POSTULATO I: un sistema composto isolato, a seguito della evoluzione di uno o più tracciati interni si porta ad uno stato finale che rende massima l'entropia (S).

(Come per U), postuliamo che l'entropia sia:

• S funzione di stato
• S è estensiva

Dunque: L'equazione fondamentale di un sistema composto e isolato è la somma delle equazioni dei sistemi semplici che lo compongono

Tali equazioni sono dette a loro volta fondamentali, in cui S è funzione delle variabili estensive del sistema.

S = S(U, V, N_K)

• EQ fondamentale sist. semplice
• EQ fondamentale sistema composto isolato

S^sc_i(U₁, U₂, ..., U_N, V₁, V₂, ..., V_N, N₁, N₂, ..., N_K) =

S₁(U₁, V₁, N_K) + S₂(U₂, V₂, N_kc) + ... + S_n(U_n, V_n, N_n)

NB: Lo stato di equilibrio stabile è quello per cui l'entropia di S.C.I. assume valore massimo!

• NB: Si nota da tale equazione che S_scⁱ non è funzione, come si poteva pensare di U_sc, V_sc, N_sc, bensì dipende dai valori U, V, N_K dei diversi.