Domande Fisica Tecnica

Possibili domande fisica tecnica

1. Postulato di stato​ :

Il numero di proprietà interne, intensive, indipendenti, necessario a definire lo stato di un sistema a un

​ ​

componente è pari a uno più il numero di modi in cui esso può significativamente scambiare lavoro

reversibile.

2. In molte applicazioni di sistemi aperti, serve conoscere la massa fluente nell’unità di tempo, cioè la

​ ṁ

rapidità con cui la massa si sposta nel sistema. Questa è definita come portata massica​ ( ), cioè la

massa che fluisce nel sistema nell’unità di tempo. L’unità di misura è una massa diviso un tempo [

−1

k g s ]: ∆m dm

= = ṁ

∆t dt

​

Un flusso monodimensionale​ è tale quando tutte le proprietà variano soltanto lungo la coordinata che

identifica il moto e hanno quindi un valore uniforme in una sezione ortogonale alla direzione del

moto.

3. Esperimento PVT:

Prendiamo in considerazione pressione, volume specifico e temperatura. Racchiudiamo all’interno di un

sistema pistone-cilindro una quantità nota di sostanza pura. Il postone è libero di muoversi senza

attrito all’interno del cilindro. La pressione che il pistone, con le masse su di esso, provoca è nota ed

è costante. Si parte da una situazione di equilibrio ed in seguito viene fornito calore in maniera

quasi-statica, misurando man mano la temperatura e il volume specifico. La procedura viene

ripetuta per molti stati di equilibrio in modo da registrare una quantità sufficiente di terne di valori

(p), (v) e (T).

Se inizialmente la sostanza pura è in stato solido, dopo che viene fornito calore si manifesta un aumento di

temperatura e volume specifico. Continuando a fornire calore ha inizio il processo di fusione o

liquefazione e contestualmente si ferma l’aumento della temperatura. In questa condizione il

sistema è bifasico. Continuando a fornire calore la massa passerà dalla fase solida a quella liquida. Il

riscaldamento del sistema nella sola fase liquida determina di nuovo l’aumento della temperatura e

del volume specifico. Quando compare la prima bolla di fase aeriforme ha inizio la vaporizzazione,

in questo momento temperatura e pressione si mantengono costanti. Una volta che tutto il liquido

è diventato aeriforme il volume aumenta notevolmente e la temperatura ricomincia ad aumentare.

4. Equazione di stato dei gas ideali:

L’equazione di stato dei gas ideali è sostanzialmente la combinazione delle leggi di Boyle e di Charles. (La

legge di Boyle afferma che a temperatura costante, la pressione è inversamente proporzionale al

volume; La legge di Charles afferma che la densità in condizioni di pressione costante è

inversamente proporzionale alla temperatura.) La combinazione di queste due leggi porta

all’equazione: p

v = R T

​

p è la pressione assoluta [Pa]; −1 −1

3

v m kmol K

è il volume specifico molecolare [ ]; −1 −1

R R = 8

314, 4

72 J kmol K

è la costante universale dei gas [ ];

T K

è la temperatura assoluta del gas [ ].

5. Proprietà del vapore saturo:

La presenza di vapore saturo, comporta la coesistenza delle fasi liquida e aeriforme. Quindi in condizione di

saturazione il sistema è bifasico e possiede un solo grado di libertà: in saturazione, all’equilibrio, se

varia una tra le due proprietà intensive pressione e temperatura l’altra varia di conseguenza in

quanto esiste una corrispondenza biunivoca tra le due.

6. Temperatura ridotta e pressione ridotta: T

T = ;

Temperatura ridotta, R T C

p

p = ;

Pressione ridotta, R p

C

T è la temperatura del gas [K];

T è la temperatura critica del gas [K];

C

p è la pressione del gas [Pa];

p è la pressione critica del gas [Pa].

C

7. Principio degli stati corrispondenti:

Il principio degli stati corrispondenti afferma che per tutte le sostanze vale, ed è unica, l’equazione:

Z = f (p T )

R R

con questo principio vengono introdotti due parametri adimensionali, che sono la temperatura e la

pressione ridotta.

8. Quando un gas reale si può considerare a comportamento ideale

Di un gas reale si può esaminare il fattore di comprimibilità Z, se il fattore di comprimibilità Z=1 allora avrà

un comportamento ideale. I gas reali, in condizioni di pressione e temperatura vicine a quelle

ambientali, si comportano con buona approssimazione come i gas ideali, mentre alle alte pressioni

e alle basse temperature manifestano deviazioni più o meno marcate rispetto alle leggi dei gas

ideali, in quanto diventano non più trascurabili il volume proprio delle molecole (rispetto al volume

del gas stesso) e la reciproca attrazione tra le molecole.

9. Proprietà del gas reale a comportamento ideale

Le molecole del gas si possono considerare prive di massa inoltre si può considerare l’insieme delle forze

intermolecolari nullo. Conseguenza il comportamento asintotico al decrescere della pressione.

10. Proprietà dei liquidi

I liquidi, quando non sono vicini al loro punto critico, si comportano come fluidi incomprimibili. La

caratteristica di incomprimibilità non ha una tendenza asintotica, come quella dei gas reali. La

incomprimibilità dei liquidi si manifesta nel ridurre l’equazione di stato all’espressione:

v = c

ost dv = 0

La peculiarità della incomprimibilità è che il liquido può essere compresso ma il suo volume specifico

aumenta in maniera trascurabile.

11. Perché il calore specifico nei liquidi non dipende dal tipo di trasformazione

c = c

Partiamo col dire che nei liquidi , perché:

v p u = u

(T , v )

( ) ( )

du dvdu

d

u = dt + dv

dT v T

du

d

u = ( ) dt = c ∆t →u = u

(T )

v

v

dT

Per un liquido l’energia interna dipende solo dalla temperatura

h = w (T ) + p

v

d

h = d

w (T ) + v dp + p

dv

du(T )

dh = c c = + 0 = c → c = c = c

p p v p v

dT dT

12. Grandezze di stato e grandezze di scambio

Una grandezza di stato è matematicamente una funzione di punto, quindi è definita soltanto in un preciso

stato termodinamico, cioè all’equilibrio. Una grandezza di scambio è una funzione di linea ed è

definita sul cammino percorso per raggiungere un certo stato finale partendo da uno stato iniziale,

quindi è definita solo lungo una trasformazione, nel passaggio da uno stato di equilibrio all’altro.

Per le grandezze di stato si valuta sempre la differenza fra il valore delle proprietà nei due stati

estremi, mentre per le grandezze di scambio si valuta la quantità scambiata nel processo.

13. 1° principio della termodinamica: equazione di bilancio dell’energia per sistemi chiusi.

Nei sistemi chiusi non c’è flusso di massa tra sistema e ambiente esterno, per cui gli scambi di energia

possono avvenire solo come calore e lavoro.

Q − L = ∆

E [J]

M C

Q rappresenta la differenza tra calore in ingresso e quello in uscita dal sistema, entrambi presi con il valore

L

assoluto, il simbolo rappresenta la differenza tra il lavoro in uscita e quello in ingresso, anch’essi

∆

E

presi con il valore assoluto. Il termine rappresenta la variazione dell’energia totale nel sistema

chiuso tra la fine e l’inizio del tempo di osservazione del sistema.

14. Definire l’entalpia a partire dal lavoro di pulsione

Il lavoro di pulsione è quel lavoro che il sistema applica per immettere del fluido in quest’ultimo o espellerlo

ed è definito come: ˙

(

L ) = (

m pv) ∆t

p e u

L’energia totale, (E) è definita come somma dell’energia interna U, ed energia esterna, ovvero cinetica e

potenziale: 2

21 2 w

E = U + mw + m

gz →e = u + + g z

2

p

v

Se all’energia totale (e) si aggiunge il termine ( ) caratteristico del lavoro di pulsione, riscontrato nel

bilancio di energia per un sistema aperto si ottiene:

2

w

e + p

v = + g z + u + p

v

2

(

u + p

v)

poiché il termine che compare al secondo membro è un termine sempre presente nei bilanci di

h = u + p

v

energia dei sistemi aperti, lo indicheremo sinteticamente con , entalpia.

15. Equazione di bilancio di una proprietà estensiva

1° Membro: quantità di entrat