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Meccanica e termodinamica - Modulo di termodinamica.
Programma d’esame (Anno accad. 2014-2015)
Proprietà meccaniche dei fluidi: pressione e densità, le equazioni della statica,
legge di Stevino, manometri, barometro di Torricelli, principio di Archimede, liquido in
rotazione.
Dinamica dei fluidi, cenni alle equazioni di Eulero e Navier-Stokes, attrito interno,
viscosità, fluidi newtoniani e non newtoniani (cenni), descrizione lagrangiana ed
euleriana del moto dei fluidi, regime stazionario, portata, teorema di Bernoulli e
applicazioni.
Vortici, moto laminare e vorticoso, numero di Reynolds. Resistenza del mezzo e legge
di Stokes, effetto Magnus e portanza.
Tensione superficiale, bolle e gocce, capillarità.
Sistemi e stati termodinamici: variabili estensive ed intensive, stati d’equilibrio,
trasformazioni quasi statiche, calore e temperatura, termometri e scale termometriche.
Equivalenza tra calore e lavoro, esperienza di Joule, primo principio ed energia interna,
trasformazioni reversibili e irreversibili.
Calori specifici e calorimetri, calori latenti. Propagazione del calore: conduzione,
convezione ed irraggiamento. Dilatazione termica di solidi e liquidi.
Gas ideali e gas reali: legge di Boyle, leggi di Volta-Gay-Lussac, equazione di stato
dei gas ideali, legge di Avogadro, termometro a gas ideale, lavoro meccanico delle forze
di pressione, calori specifici molari, espansione libera di Joule, energia interna dei gas
ideali, relazione di Mayer, i vari tipi di trasformazioni, misura di C p /C V .
Ciclo di Carnot, ciclo di Stirling, ciclo di Otto e ciclo Diesel, macchine, frigoriferi e
pompe di calore, proprietà dei gas reali ed equazione di Van der Waals, cambiamenti di
stato, pressione di vapore saturo, punti critici, umidità assoluta e relativa dell’aria, punti
tripli, frigoriferi reali, diagrammi pV e pT, formula di Clapeyron.
Teoria cinetica dei gas ideali, equipartizione dell’energia, legge di Dalton delle
pressioni parziali, legge di distribuzione di Maxwell per le velocità molecolari.
Secondo principio: equivalenza tra gli enunciati di Clausius e di Kelvin, cicli
monotermi, teorema di Carnot, diagramma di Raveau, temperatura termodinamica
assoluta, teorema di Clausius.
Entropia: definizione di entropia e sue proprietà, diagrammi T-S, entropia dei gas
ideali; entropia di mescolamento, energia inutilizzabile, entropia ed equazione
fondamentale, equazioni di stato, equazione di Eulero e relazione di Gibbs-Duhem,
principio di massima entropia e principio di minima energia.
Terzo principio: enunciati di Nernst e Planck, comportamento dell’entropia e dei
calori specifici a basse temperature, irraggiungibiltà dello zero assoluto.
Potenziali termodinamici: trasformate di Legendre, definizione e utilizzo dei
potenziali, proprietà generali dei sistemi pVT, relazioni di Maxwell, relazione tra C p , C V ,
, T , processo di Joule-Thomson, energia interna ed entropia di un gas reale,
espansione libera di un gas reale, criteri di stabilità, potenziale di Gibbs e transizioni di
fase, regola delle fasi di Gibbs, cenni ai sistemi a più componenti.
Elementi di meccanica statistica: Macrostati e microstati, entropia e disordine,
relazione di Boltzmann, cenni alle distribuzioni di Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac e
Bose-Einstein.