Appunti di fisica tecnica

Indice

Introduzione ...................................................................................................1

Concetto di temperatura e calore .........................................................2

Sistemi termodinamici ..............................................................................4

Primo principio della termodinamica .......................................................7

Trasformazione termodinamica ...............................................................8

Equazione di gas perfetti ......................................................................11

Energia interna U di un gas perfetto ......................................................13

Funzione di stato Entalpia ...................................................................14

Relazione tra cp e cv per gas perfetti ...................................................15

Trasformazione adiabatica per gas perfetti ...........................................18

Trasformazione politropica – isobara – isocora - adiabatica .............19

Sistemi e unità di misura .......................................................................22

Massa , forza pressione ..........................................................................23

Unità di misura nel sistema non internazionale ................................24

Primo principi della termodinamica per sistemi aperti .................26

Secondo principio della termodinamica ..............................................28

Funzione S entropia ................................................................................30

Trasformazione reversibile ....................................................................32

Trasformazione reali ...............................................................................33

Piano T,S per i gas ..................................................................................35

Sistemi aperti .............................................................................................37

Lavoro di pulsione e lavoro esterno netto ...........................................38

Cicli a motore .........................................................................................40

Ciclo di Carnot ............................................................................................41

Ciclo motori a gas......................................................................................42

Ciclo di Brayton ideale ...........................................................................44

Ciclo Brayton Reale .................................................................................46

Ciclo motore a gas “aperto” .................................................................47

Sostante pure ..............................................................................................47

• Diagramma di Andrews .....................................................48
• Funzioni di stato per vapore saturo .................................49
• Ciclo motore a vapore di Acqua .......................................52
• Ciclo di Watt....................................................................54
• Ciclo di Rankine ...............................................................54
• Ciclo Rankine con risurriscaldamento ...............................57
• Cicli inversi .....................................................................58
• Ciclo inverso di Carnot ....................................................59
• Ciclo frigorigeno ..............................................................59
• Ciclo reale .......................................................................60

Appendice – Riassunti

• Primo principio della termodinamica
• Trasformazione gas perfetti
• Cicli diretti motori
• Legge di Boyle
• Equazione gas perfetto
• Energia interna per gas prefetto
• Entalpia
• Entalpia per gas prefetto
• Calore scambiato trasformazione reversibili
• Trasformazione adiabatica gas perfetti
• Trasformazione politropiche
• Unità di misura
• Sistemi aperti
• Secondo principio della termodinamica
• Entropia
• Funzioni di stato in termini di TS
• Piano TS gas perfetti

Mediante una turbina riusciamo a passare dall'energia

meccanica → em elettrica ma non esiste nessuna equivalenza

che mi faccia passare em termica → em meccanica.

Esperienza di Joule

facendo cadere il peso, questo faceva muovere

il mulinello all'interno del recipiente d'acqua

e con fenomeni di attrito, si è osservato

che l'acqua si è riscaldata, ciò vuol dire

che mi è trasferito energia meccanica in energia termica.

Conclusioni:

• Corrispondenza tra energia meccanica - energia termica
• Questo è un processo irreversibile (Riscaldo l'H₂O il peso non torna su)

Nota: Possiamo trasformare il calore-lavoro ma non completamente

Sistemi Termodinamici

Sistema termodinamico è una definita quantità di materia

e/o energia che occupa una regione di spazio. E vi possiamo

scambiare lavoro e calore.

I sistemi possono essere:

• Chiuso: scambia energia ma non materia con l'esterno
• Aperto: scambia sia energia e materia con l'esterno.

etichetta aiuta lo scambio di calore, lavoro: un raccoglitore

dinamica di energia.

Se queste 3 condizioni sono verificate possiamo dire che:

L'operazione è reversibile. Quindi ammetto che avvengano successive microtrasformazioni elementari in modo tale che ogni passaggio faccia mantenere la stabilità cioè da m ➔ m+1 non avvengano variazioni di temperatura e pressione.

Questa però è uno stato limite.

Trasformazione reversibile.

Una trasformazione rev. è definita tale se può essere effettuata in un senso o nell'altro: 1 ➔ 2 o 2 ➔ 1

Per queste trasformazioni: ΔL = p· dV

Per il I° principio dQ - p· dV = dU ➔ differenziale

La definizione di lavoro comporta:

• ⇒ p V 1, notiamo dV > 0 quindi, ∫ 2¹ p· dV = ΔL > 0
• ⇒ ΔL > 0 lavoro è positivo perché ho un aumento di volume

• p V 1, 2, notiamo dV < 0 quindi, ∫ 2¹ p· dV = ΔL < 0
• ⇒ ΔL < 0 lavoro è negativo quindi entra nel sistema ed ho una diminuzione di volume

Valutazione grafica della trasformazione

trasformazione isobara la pressione rimane costante

trasformazione isocora il volume rimane costante

Calore specifico a volume costante per unità di massa:

_{(∂U/∂T)Vcost} = C_v ⇒ dU = C_v dT

Con riferimento all'unità di massa: du = C_v dT

Considerando V = cost allora il δL = 0

(δQ) = (du)_V

Trascrivendo e esprimendo la relazione con la temperatura:

_(∂Q/∂T)V = _(∂U/∂T)V = C_v

dU = C_v dT

U₂ - U₁ = ∫_T₁^T₂ C_v dT

maggiore temperatura ⇒ maggiore energia interna

A₁₂ ⇒ A₁ e i arrivano o T maggiori

La tangente in un determinato punto corrisponde al calore specifico

FUNZIONE DI STATO ENTLAPIA

Si ricava

H = U + p·V _{volume totale} ⇒ per unità di massa: h = u + p·v

dividendo per la massa

con v volume specifico

differenziando

dh: du + pdv + V·dp _{dal I principio:}

du: δQ - δL ⇒ δQ = du + δL ⇒ δQ: du + ρ·dV

entalpia è una funzione di stato