Fisica Tecnica industriale

FISICA TECNICA INDUSTRIALE

LEZIONE 1

La macchina nell'ambito di fisica tecnica è ogni dotata di un motore (fanno lavoro) e convertono tipi di energia in altre forme. Nessuna macchina riesce a trasformare tutta l'energia in entrata in quella desiderata in uscita, ma l'energia non sparisce, nel nulla si trasforma, ed esce da altre parti.

Definiamo il rendimento come rapporto tra energia utile in uscita fratto energia in ingresso. Non si dice che una macchina dissipa energia, semplicemente non manda il lavoro dove dovrebbe, non viene convertita in ener. utile in uscita.

Più che di forze si parla di pressione (non esistono forze concentrate, la roba si deforma) poiché trattando fluidi essi esercitano forze distribuite sulle superfici. La pressione è il rapporto tra la forza F e la superficie A, l'unità di misura della pressione sono tante.

Esistono campi di forze (gravitazionali, elettromagn.) dai quali si può ottenere lavoro, se esso non dipende dal percorso fatto allora è detto potenziale.

UNITÀ DI MISURA

Si definisce misura il procedimento mediante cui si fa corrispondere ad un numero una grandezza fisica. Esistono grandezze fondamentali e derivate, per le prime abbiamo i campioni per le seconde le formule che le definiscono. Quindi il sistema di unità di misura è formato dalle relazioni tra i campioni e i campioni stessi.

I volumi = lung*lung*lung, le equ. della fisica devono essere omogenee. 1 cavallo = 735 W.

• Lunghezza m
• Massa Kg
• Tempo s
• Corrente elettrica A
• Temperatura termodinamica K
• Quantità di materia mol
• Intensità luminosa cd

- Angolo piano rad

- Angolo solido sr

Nel S.T. sono introdotti anche

• Volume 1L = 1 dm³ = 10^-3 m³ [litro]
• Massa 1t = 10³ kg [tonnellata]
• Pressione 1 bar = 10⁵ Pa [bar]

Oggi, la pressione atmosferica è molto vicina a circa 100 kPa.

Il bar non è la pressione ambiente (la press. amb. è poco più grande)

Press. atm. ≈ 1,01 bar ovvero

1 atm = 101325 Pa Concettualmente, bbar e atm non sono uguali a

1 bar = 100000 Pa Livello di conta l'errore è 1, ma non dire mai che

sono la stessa cosa. Va bene ricordarsi 1 dm =10^-1 m³ Pa.

Tutte le misurazioni si eseguono per confronto cioè affiancando un

fattore di scala tra grandezza e campione si misura (quella strada è lunga

tot volte un metro, quella massa pesa 10 volte un chilo). Se per esempio

per i fenomeni ciclici si usano orologi (termoli per la temperatura si

usa il concetto di equilibrio termico)

Sistema Termodinamico

È la situazione che ci interessa e la prima cosa da definire, in parole

povere, è ciò che ci accingiamo a studiare. Bisogna definirlo per

poter parlare di un dentro e un fuori dal sistema. Il concetto

di equilibrio termodinamico è analogo a quello di fisica 1, il sistema

evolve e, dopo aver interagito con l'ambiente e se le grandezze

a esso associate si stabilizzano (è termodinamicamente fermo).

Ma quali sono le "cose" misurabili in termodinamica. Introduciamo le

coordinate termodinamiche che in fis. tec. sono coord. macroscopiche

nel senso che l'interazione è studiata nel suo insieme senza scendere

nel molecolare (mano + tavolo - pressione, non sto a studiare l'intera

molecola tavolo - molecola mano)

Dove G = P√₈ r P_a R_g

P = G/A

P = P√₈ r% P √₈ R_g

Per trovare una diff. di Press. tra due colonne di liquido basta calcolare la diff. di quota dei liquidi (a pelo libero)

Legge di Stevino

Tante volte l’unità di misura è il millimetro di mercurio mm_Hg

Troviamo allora una retta (tornando al recipiente con V fissato e

Misuro P per trovare T) che mi dà Temp. in funzione della pressione.

Se diminuisco T ad un certo punto troviamo P = 0. Nella realtà

non accade e il comportamento è lineare solo in certi campi.

Nei casi da noi studiati tutti i gas tendono a restituire la stessa

funzione termometrica al diminuire della pressione (la relazione non

dipende dal tipo di gas, anche se alcuni a basse T fanno cose strane).

θ(P) = 273,16^–P₃^–0,1P₃) e l'extrapolata è P = P₀(α+T+1)

Il punto a cui convergono queste rette si trova a 273,16°C (0°k)

Termometro a resistenza elettrica

Usa la variazione di resistenza come caratteristica termometrica

Il filo più è lungo più è la resist è misurabile. Un materiale adatto per

il filo è il platino (Pt100). Nel dettaglio si usano le Pt100, cioè quei

fili in platino che alla temp. del punto triplo dell'acqua mi dà 100Ω di

resistenza.

In una Pt100 R₀=100Ω, inoltre ora la relazione è quadratica

R_Pt=R₀(1+AT+βT²)

Ma se l'int. ciclico è nullo ➔ l'integranda è un diff. esatto e quindi esiste una funzione potenziale U (calore e lavoro non sono differenziali, uso δ), ma la loro differenza sì, uso d), tale che:

δL = δQ - δL

(il segno meno deriva dalla convenzione, se il lavoro è positivo ➔ fatto dal sistema e avrà quindi segno opposto del calore)

Visto che U è un potenziale la sua variazione dipende solo dagli stati, non dal percorso ➔ il potenziale U è una funzione di stato.

Se non c'è scambio di calore allora la trasformaz. è adiabatica: δL = dU

Questa relazione ricorda quella del lavoro e del potenziale fosso tratatare.Anche l’energia potenziale, anche U è un'energia poiché la sua variazione si può esprimere con un lavoro. U non è expr. di un campo di forze ma dello stato interiore del sistema quindi chiamiamo O energia interna del sistema.

Se, invece, è un sistema dove non si muove nulla (pareti rigide), non si ha lavoro scambiato con l’esterno δL = 0 = δQ = dU

Il primo principio mi dice che L e Q sono facce della stessa medaglia poiché entrambe variano lo stato energetico del sistema (U).

Per una trasformazione aperta, abbiamo Q, δQ e L:

Q - L = ΔU

U è una trasf. ciclica ΔU = 0; ricme punto dinizio e punto fine

L'energia interna gode della proprietà additiva. Se in un sistema inc chiuso, rigido adiabatico con due sottosistemi all'interno che si scambiano Q e m, il sistema i può variare la sua U scambiando Q1 e L1 sul sottosistema 2. Quindi, visto che 2 farà lo stesso e varierà la sua energia interna di ΔU2, deve essere per forza che

Q1 - L1 - ΔU1 = Q2 - L2 - ΔU2

Annogo per lavori (il setto che separa 1 e 2 si sarà spostato di quanto si allarga 1 e di quanto si stringe 2), L1 = -L2

Se

Q1 - L1 - ΔU1 = Q2 - L2 - ΔU2

Io non ho neanche detto nulla su come potrebbe essere fatta la macchina,ε_R dipende solo da T₁ e T₂, non ho mai parlato di fluido o materiale.

ε_R = f(T₁, T₂) soltanto

Usando allora R come termometro (definizione col punto triplo lezione 4),quindi la temper. "in Kelvin".

T(K) = 273.16 · Q_Qcon Q_X: cal. scambiato con la sorgenteQ₃: il col punto triplo

Ma se scrivo T in funzione dei calori poro scrivere ε_R (facime solofunzione delle temp.) Lavoro cal ass: cal ceduto= fluimpio

ε = L / Q₂ ma L = Q_U - Q_R (entrra e ciò che esce)

ε = Q_R dividendoε_R = 1- Q_R / Q_U con la defin. di T scrivo Q_R come T₂ e Q_U come T₁(dico che le quantité di calore scambiatosono proprio le temperature)

Si ottiene

ε_R = 1 - T₂ / T₁

Se per esempio ho T₄: 1500 K, T₂: 300 K ➝ ε_R = 0.8

Carnot mi dice che se so fare combustione a 1500 K non supererò mai lo0.8 di rendimento (i cicli combinati arrivano a 0.6) il 20% tro.

Ora, sappiamo che ε_Rêt < ε_N = ε_N - ε_R < 0 ➝ 1 < Q₂ + ω[con Q₁, Q₂ calori prevalenti dalle sorgenti T₁, T₂]

Da qui Q₁ /_{T1 / Q2 < 02 ovvero Q2 / T2 = Q1 / T1}

Oppure lo scriviamo come

Q₂❶ > ❶ + ❶ =❷ ❶² bureau =❶ ❶

ε è detta traccia termodinamicadelle irreversibilità sull'ambiente

σ esiste a causa dei fenomeni irreversibili in N, nella macchinaR non ho questi fenomeni irreversibili