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FISICA TECNICA
Teoria & Esercizi
Settore: ING-IND/10
UNIMOREUniversità degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Filippo RibesNOTEWAVE_RF
Autore degli appunti: Filippo Ribes
Gli appunti sono stati scritti sulla base delle lezioni svolte dal Professor Alessandro Mauro Corticelli e delle sue dispense.
Per dubbi, chiarimenti o altro, mi trovi su Instagram:
- ig: NoteWave_RF
- ig: fil_ribes
N.B.
Le quantità di lavoro formate dal sistema sono positive, quelle ricevute dal sistema negative. Inoltre:
- L > 0 lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente;
- L < 0 lavoro compiuto dall'ambiente sul sistema.
Il lavoro dipende sia dagli estremi che dal percorso.
Potenza
I = F . v potenza
[W] = [ML2T-3]
dL/dt potenza
Quando una interazione tipo lavoro implica la presenza di una forza osservabile [W]
Il punto sta a simboleggiare il trasferimento di una quantità fisica nell'unità di tempo.
- 1 W = 1 J.s = 1 kg.m2.s-3
- 1 J = 1 kg.m2.s-2
- ξ momento [Nm]
- w velocità angolare [rad/sec]
- Δ differenza di potenziale [V]
- i intensità di corrente [A]
L = ξ. w
L = ξ. i
Lavoro di espansione/compressione
È il lavoro eseguito da un sistema fluido alla pressione p mediante una variazione del volume V del sistema
dL = p dx = p dV
dV è positivo quando il volume aumenta (espansione).
Il lavoro compiuto in corrispondenza del contorno mobile è positivo quando il fluido si espande. In caso di compressione dV è negativo e il lavoro è negativo.
Il lavoro corrispondente ad una variazione di volume da V1 a V2 si ottiene da:
∞ = ∫V1 V2 p dV
Processi non quasi-statici
Nel cilindro del motore di un'automobile, la combustione e altri fenomeni che avvengono in condizioni non quandre dinamico e disuniformità all'interno del cilindro
Durante ciascun ciclo, si ha una quantità netta di energia scambiata dal sistema con l'ambiente sotto forma di lavoro. Distinguiamo due classi.
- Ciclo motore: il sistema fornisce lavoro esterno ogni ciclo.
Ciclo: Q2 - Q1 Ciclo motore
Occorre che sia soddisfatta Q2 > Q1. Si ha poi:
η = Lnetto/Q2 = Q2 - Q1/Q2
oppure anche scritto come:
η = quello che ottengo / quello che spendo
Trasformazione di energia nel sistema del corpo freddo.
- Ciclo frigorifero e a pompa di calore: c'è un ciclo inverso. Il sistema trasforma resa energia termica da un sistema a temperatura inferiore ad uno a temperatura superiore utilizzando lavoro esterno. Occorre quindi fornire lavoro in ingresso.
Lnetto = Q1 - Q2
dove si deve avere stavolta Q2 > Q1
Differenza fra ciclo frigorifero e a pompa di calore
- Ciclo frigorifero: ha sua finalità quella di raffreddare uno spazio refrigerato e di mantenere la temperatura di un ambiente o in un edificio al di sotto della temperatura esterna.
β = Q1/Lnetto = Q2 - Q1 ciclo frigorifero e a pompa di calore
energia scambiata sotto forma di calore dal sistema al corpo caldo.
- Ciclo a pompa di calore: ha sua finalità è quella di mantenere la temperatura in un ambiente o in un edificio al di sopra di quella esterna o per fornire calore determinati processi industriali che richiedono temperatura elevata.
γ = Q2/Lnetto coeff. di prestazione
le tabelle del liquido compresso
le tabelle del vapore surriscaldato
Le tabelle forniscono i valori delle proprietà specifiche del liquido saturoe del vapore saturo secco in funzione della temperatura di saturazioneTs o della pressione di saturazione Ps.
Calcolo del volume specifico v di un vapore saturo a titolo xe:
v = (1 - xe) vl + xe vg
con:
vg = Vf,g = Vl,g + vfgvolume differenziale
Calcolo di energia interna ed entalpia specifiche:
u = (1 - xe) ul + xe ugh = (1 - xe) hl + xe hg
Risulta ug = ufg ; hfg = hg - hf.
Per i liquidi, v e u possono essere valutati allo stato liquido saturo corrispon-dente alla stessa temperatura dello stato considerato:
h(p,T) ≈ hl(T) + vl(T) (p - Psat(T)) [ J/kg ]
Modello di sostanza incomprimibile:
Si assume che la densità sia cost.e l'energia interna sia funzione della sola temperatura:
v = cost. ; u ≈ u(T)
Allora:
c(T) = cl(T) = Cp(T) = du/dT
se inoltre c ≈ cost., allora:
∫ du = ∫ c dT ⟹ u2 - u1 = C (T2 - T1)
2° Principio della Termodinamica
Osservazioni:
Sono osservabili molti processi termodinamici naturali che non possonoessere ripercorsi a ritroso. Esiste una direzione spontanea secondocui i processi termodinamici avvengono. Il 2° principio della Termodina-mica codifica questa osservazione sperimentale (es: un blocco dicaffè caldo non può scaldare un ambiente più freddo, fornire calorea una turbina e infine provocare la produzione di tensione ai capidella turbina, anche se il blocco non ne cambia la natura).
Enunciato del 2° Principio della Termodinamica:
- Sorgente Termica/Serbatoio Termico: sistema ideale in grado di scambiareuna quantità infinita di energia sottoforma calore senza modificare lapropria temperatura.
- Motore Termico: sistema ciclico in grado di produrre lavoroscambiando energia termica con altri sistemi.
Enunciato secondo Clausius:
È impossibile che il risultato di un processo sia il trasferimento dienergia da una sorgente termica a temperatura inferiore a unasorgente termica a temperatura superiore.(es.: un frigorifero che funziona senza lo spinacio,cioè senza lavoro: impossibile.)
Enunciato secondo Kelvin-Planck:
È impossibile che un motore termico eroghi lavoronetto ricevendo energia termica da una sola sorgentetermica.
Lucid < 0 0 < η < 1
(Il rendimento η di una macchinanon può mai essere pari a 1.)
⇨ i due enunciati sono equivalenti.
Irreversibilità:
- Processo reversibile: processo di un sistema A al termine del quale èpossibile riportare allo stato iniziale sia il sistema A eche il suo ambiente (generointento, si ottime in laboratorio).
- Processo irreversibile: processo di un sistema A al termine del quale non èpossibile riportare allo stato iniziale né il sistema Ache il suo ambiente (processi reali sono irreversibili →i metrori disperso intorno all'ambiente è irreversibile).