nozioni di fisica e termodinamica

Abilitazione alla Conduzione di Impianti Termici Civili P>232kW
(D.M. 12.8.68) (DLGS n°152 del 3.4.2006 art.287)
Corso di Formazione
Modulo 2
NOZIONI DI FISICA E TERMODINAMICA
09/02/2014
p. i. Marco Masi
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
TEMPERATURA
La temperatura è la proprietà che caratterizza lo stato termico di
due sistemi in relazione alla direzione del flusso di calore e che
quindi regola il trasferimento di energia termica o calore, da un
sistema ad un altro. Quando due sistemi si trovano in equilibrio
termico cioè alla stessa temperatura, non avviene nessun
trasferimento di calore. Quando esiste una differenza di
temperatura, il calore tenderà a muoversi dal sistema che diremo a
temperatura più alta verso il sistema che diremo a temperatura più
bassa, fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.
Semplificando si può definire la temperatura come il “livello di
calore o energia termica scambiato tra due sistemi”.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
UNITA’ DI MISURA DELLA TEMPERATURA
Sistema Internazionale
Kelvin , simbolo = K.
La temperatura in K si rappresenta con = T.
Sistema Tecnico
Gradi centigradi , simbolo = °C. Simbolo = t.
La temperatura in°C si rappresenta con = t.
Corrispondenza tra T e t
T = t + 273
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
CALORE
In fisica, in particolare in termodinamica, il calore è il
trasferimento di energia termica tra due sitemi (es. corpo e
ambiente) in virtù di una differenza di temperatura o di un
cambiamento di fase.
Semplificando si può definire il calore come la “quantità di energia
termica scambiata tra due sistemi”.
Quando il calore si manifesta con una variazione di temperatura
prende il nome di calore sensibile, quando con un passaggio di fase
prende il nome di calore latente.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
UNITA’ DI MISURA DEL CALORE
Sistema Internazionale
Joule , simbolo J, è 1 N * m (newton metro)
Sistema Tecnico
caloria, simbolo c, è definita come la quantità di calore necessaria a
portare la temperatura di un grammo di acqua distillata, sottoposta
alla pressione di 1 atm, da 14,5 °C a 15,5 °C.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
TRASMISSIONE DEL CALORE
Il trasferimento di calore può avvenire per conduzione,
convezione e irraggiamento.
Convezione
Conduzione
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Irraggiamento
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
Il trasferimento del calore tra sistemi può avvenire:
- per conduzione :in un corpo solido o fra corpi solidi a contatto
causato per urti, di energia cinetica tra le molecole. Nella
conduzione viene trasferita energia attraverso la materia, ma senza
movimento della stessa;
- per convezione : in fluido o in un areiforme dovuta al naturale
prodursi di correnti calde e fredde, dovute a diversità di
temperatura e quindi di densità nelle regioni di fluido coinvolte nel
fenomeno;
- per irraggiamento : causato dall’emissione, propagazione e
assorbimento di onde elettromagnetiche.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
PRESSIONE
La pressione è il rapporto tra una forza (quindi anche il peso) e una
superficie.
p = F / A (N / m2)
UNITA’ DI MISURA DELLA PRESSIONE
Sistema Internazionale
Pascal , simbolo Pa, è 1N / 1m2.
“Impiego” Internazionale
Bar = 100 kPa = 100.000 Pa
Sistema Tecnico
Kilogrammo forza al mq , simbolo kgf/mq, è 1kgf / 1m2.
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NozNozioni di Fisica e Termodinamica
“Impiego” Tecnico
Atmosfera tecnica, simbolo At, è 1kgf / 1cm2.
Ate è l’atmosfera tecnica effettiva , cioè misurata da un manometro al
netto della pressione atmosferica. Ata è l’atmosfera tecnica assoluta ,
cioè (al lordo) tiene conto della pressione atmosferica. La pressione è
anche misurata in relazione alla pressione atmosferica che corrisponde
ad 1 Atm, cioè atmosfera fisica o normale che vale 1,033 kgf/cm2 =
10,33 ton/m2. Le conversioni tra sistema tecnico e internazionale sono:
-1kgf (forza o peso) = 9,80665 N (1kg * 9,8m/s2)
- 1 At (1kgf /cm2) = 98.066,5 (Newton/m2 ) cioè Pa
- 1 Atm (1,033kgf /cm2) = 101.325 Pa
- mm H20
millimetri di colonna d’acqua = 9,80665 Pa
- mm Hg
millimetri di colonna di mercurio = 133,322 Pa
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
PRESSIONE ATMOSFERICA
La pressione atmosferica è la conseguneza dell’esercizio della forza
peso dell’aria sulla superficie dei corpi.
La pressione atmosferica convenzionale è valutata al livello del mare, a
0°C ed a latitudine di 45° ed è pari a 760 mm di colonna di Hg. Quindi:
0,760 mHg * ps 13 596 kgf/m3 = 10 332,96 kgf/m2 = 1,0332
kgf/cm2 (Atm)
10 332 kgf/m2 * 9,807 N/kgf = 101 325 Pa = 101,325 kPa
quindi circa 101 kPA nel SI
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Nozioni di Fisica e Termotecnica
FORZA
Una forza è una grandezza fisica la cui caratteristica è quella di
indurre una variazione dello stato di quiete o di moto dei corpi.
Nel caso la massa del corpo sia costante, la formula con la quale si
può rappresentare è:
L'unità di misura della forza nel SI è il Newton, definito come:
Tenendo conto del 2º principio della dinamica, possiamo quindi
affermare che una forza di 1 N imprime ad un corpo con la massa di 1
kg l’accellerazione di 1 m/s².
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
LAVORO
Il lavoro , in fisica, è l’applicazione di una forza su un corpo che ne
provoca la variazione di energia cinetica lungo un generico percorso.
UNITA’ DI MISURA DEL LAVORO
Sistema Internazionale
Joule : che corrisponde allo spostamento di un metro di una forza di
un newton: 1 N * m = 1 J
1J = 1N * m = 1 kg * m/s2 * m = 1 kg * m2/s2
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Nozioni
di Fisica e Termodinamica
.
POTENZA
La potenza in fisica è definita come il lavoro (L) compiuto nell'unità di
tempo(t):
UNITA’ DI MISURA DELLA POTENZA
Sistema Internazionale
Watt (W) : rapporto tra unità di energia in jolule (J) e unità di
tempo in secondi (s).
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
ENTALPIA
L'entalpia, solitamente indicata con H, è una funzione di stato che
esprime la quantità di energia che un sistema termodinamico può
scambiare con l'ambiente. L'entalpia è definita dalla somma dell'energia
interna e del prodotto tra volume e pressione di un sistema. Per le
trasformazioni che avvengono a pressione costante in cui si ha solo
lavoro di tipo meccanico la variazione di entalpia è uguale al calore
scambiato dal sistema con l'ambiente esterno.
L'entalpia si misura in joule (SI, Sistema internazionale) o in calorie.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
ENTROPIA
In fisica l'entropia è una grandezza che viene interpretata come una
misura del disordine di un sistema fisico o più in generale dell'universo.
Viene generalmente rappresentata dalla lettera S. In termodinamica
classica, S è una funzione di stato, che quantificando l'indisponibilità di
un sistema a produrre lavoro. Quando un sistema passa da uno stato
ordinato ad uno disordinato la sua entropia aumenta, questo fatto
fornisce indicazioni sulla direzione in cui evolve spontaneamente un
sistema.
Nel Sistema Internazionale si misura in joule su kelvin (J/K).
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Quando un corpo viene posto a contatto con un altro corpo
relativamente più freddo, avviene una trasformazione che porta a uno
stato di equilibrio, in cui sono uguali le temperature dei due corpi.
Il primo principio è dunque un principio di conservazione dell'energia.
In ogni macchina termica una certa quantità di energia viene
trasformata in lavoro: non può esistere nessuna macchina che produca
lavoro senza consumare energia. Una simile macchina, se esistesse,
produrrebbe infatti il cosiddetto moto perpetuo di prima specie.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Questo principio tiene conto del carattere di irreversibilità di molti
eventi termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da un
corpo caldo ad un corpo freddo. Nella formulazione di Clausius, si
afferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unico
risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più
caldo. Nella formulazione di Kelvin-Planck, si afferma che è impossibile
realizzare una trasformazione il cui unico risultato preveda che tutto il
calore assorbito da una sorgente omogenea sia interamente
trasformato in lavoro. Non è possibile - nemmeno in linea di principio realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.
Nella fisica moderna però la formulazione più ampiamente usata è
quella che si basa sulla funzione entropia: in un sistema isolato
l'entropia è una funzione non decrescente nel tempo.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
TERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
Come il secondo principio, a cui è strettamente legato, questo stabilisce
l'impossibilità di una certa classe di fenomeni: la formulazione classica
di questo principio afferma che non è possibile raggiungere lo zero
assoluto tramite un numero finito di operazioni (ovvero di
trasformazioni termodinamiche).
Un'altra formulazione più moderna, ma equivalente, afferma che nello
stato a minima energia l'entropia ha un valore ben definito che dipende
solo dalla degenerazione dello stato fondamentale.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
LEGGE DI TORRICELLI
La legge di Torricelli afferma che la velocità di un fluido in uscita da un
foro (di sezione molto piccola) è pari al alla radice quadrata del doppio
prodotto dell'accelerazione di gravità e della distanza "h" fra il pelo
libero del fluido e il centro del foro che è stato praticato:
Pertanto riveste importanza la sua applicabilità nel calcolo della portata di un fluido
in un circuito aperto che fuoriesce da un orifizio “tarato” ossia la cui area è nota, ad
es. prova della portata per un circuito di estinzione incendi ad idranti.
Difatti:Velocità (m/sec) x Area (mq) = Portata mc/h
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
PRINCIPIO DI BERNOULLI
Il principio di Bernoulli, stabilisce che per un fluido ideale su cui non
viene applicato un lavoro, per ogni incremento della velocità si ha
simultaneamente una diminuzione della pressione o un cambiamento
nell' energia potenziale gravitazionale del fluido.
Questo principio è un'applicazione pratica dell'Equazione di Bernoulli,
sotto riportata, che stabilisce che la somma di tutte le forme di energia
di un fluido ideale che scorre lungo un percorso chiuso (linea di flusso)
è identica in qualsiasi due punti del percorso.
in cui:
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
v rappresenta la velocità del fluido lungo la linea di flusso
g è l'accelerazione di gravità,
h è la quota altimetrica,
P rappresenta la pressione lungo la linea di flusso,
ρ è la densità del fluido.
Riferito ad un elettropompa per esempio a bocca chiusa V = 0 si ha la
pressione massima.
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Nozioni di Fisica e Termodinamica
ALLEGATO
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Trasmissione del Calore.PDF
Focus = PRESSIONE ATMOSFERICA.pdf
Elementi di Fisica Generale.pdf
Libro di Testo
HOEPLI Cap_1 Nozioni di Fisica e Chimica.pdf
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