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TermologiaTermodinamica
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Termodinamica: introduzionetermodinamica classicatermodinamica classicatermodinamica classicatermodinamica classica
usa un approccio MACROSCOPICOMACROSCOPICO, secondo il quale la materia è vista come un continuo, ignorandone la natura particellare. Tiene conto di quello che i nostri sensi possono rilevare delle proprietà e del comportamento della materia, e fornisce un metodo diretto e semplice per la risoluzione dei problemi ingegneristici
in realtà la materia è costituita da un numero grandissimo di particelle, le molecolemolecole. Descrivere il comportamento della materia dal punto di vista MICROSCOPICOMICROSCOPICO richiederebbe la conoscenza del comportamento delle singole molecole e ciò rende il problema assai più complesso: l’unica possibilità è quella di affidarsi alla statistica, che considera il comportamento medio delle particelle
termodinamicatermodinamicastatisticastatistica
termodinamicatermodinamicastatisticastatistica
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PROPRIETA’ FISICHE DI UN SISTEMA
Le particolari classi di fenomeni studiati non richiedono la conoscenza di tutte le proprietà fisiche che caratterizzano il sistema termodinamico, bensì ciascuna analisi richiederà un numero limitato, in genere piuttosto piccolo, di proprietà legate alla particolare fenomenologia
La descrizione macroscopica di un sistema è fatta in termini di PROPRIETA’PROPRIETA’ fisiche che possono essere, in linea di principio, misurate con l’aiuto di appropriati strumenti di laboratorio
nome simbolo unità di misuramassa m kg
temperatura T Kvolume V m3
pressione p Pa = N m-2
densità Kg m-3
energia E J
energia interna U J
PROPRIETA’PROPRIETA’PROPRIETA’PROPRIETA’
GRANDEZZAGRANDEZZADI STATODI STATO
GRANDEZZAGRANDEZZADI STATODI STATO
COORDINATACOORDINATATERMODINAMICTERMODINAMIC
AA
COORDINATACOORDINATATERMODINAMICTERMODINAMIC
AA
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Proprietà: classificazione
proprietà intensiveproprietà intensiveproprietà intensiveproprietà intensive
Si supponga di far tendere ad un valore infinitesimo l’estensione di un sistema. Le proprietà i cui valori non tendono a zero sono dette INTENSIVEINTENSIVE: il loro valore non dipende dalla estensione del sistema
Si pensi di suddividere un sistema in un certo numero di sottosistemi. Una proprietà è ESTENSIVAESTENSIVA se il suo valore per l’intero sistema è pari alla somma dei valori relativi a tutti i sottosistemi che lo compongono
proprietà estensiveproprietà estensiveproprietà estensiveproprietà estensive
temperatura, pressionetemperatura, pressionetemperatura, pressionetemperatura, pressione
volume, massa, energiavolume, massa, energiavolume, massa, energiavolume, massa, energia
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Proprietà fisiche (segue)
Un semplice criterio è applicabile ad un sistema per stabilire quale delle proprietà che lo caratterizzano è intensiva e quale estensiva.Si suddivide il sistema in due parti uguali: ciascuna parte avrà le stesse proprietà intensive di prima, e proprietà estensive dimezzate
p, Tp, Tm, V, m, V,
EE
p, Tp, T0.5m, 0.5m, 0.5V, 0.5V, 0.5E0.5E
p, Tp, T0.5m, 0.5m, 0.5V, 0.5V, 0.5E0.5E
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Stato termodinamico ed equilibrio
equilibrio termicoequilibrio termicoequilibrio termicoequilibrio termico
si ha quando la temperatura è la stessa in ogni punto del sistema, cioè se il sistema non presenta gradienti di temperatura che sono la causa del flusso termico
La termodinamica tratta dei sistemi in stato di equilibrio. Si parla di stato di equilibrio termodinamico se il risultato delle misure macroscopiche eseguite sulle proprietà del sistema non muta nel tempo
equilibrio termodinamicoequilibrio termodinamicoequilibrio termodinamicoequilibrio termodinamico
si ha quando la composizione chimica del sistema non varia nel tempo, cioè non si verificano reazioni chimiche
equilibrio chimicoequilibrio chimicoequilibrio chimicoequilibrio chimico
equilibrio meccanicoequilibrio meccanicoequilibrio meccanicoequilibrio meccanico
si ha quando in nessun punto vi sono variazioni di pressione nel tempo
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TEMPERATURALa TEMPERATURA è una proprietà intensiva che può essere direttamente misurata correlandone la variazione per un sistema alla corrispondente variazione di una proprietà di un altro sistema detto TERMOMETROTERMOMETRO, il cui stato è fatto variare vincolando le altre proprietà scelte come indipendenti
La TEMPERATURA è una proprietà intensiva che può essere direttamente misurata correlandone la variazione per un sistema alla corrispondente variazione di una proprietà di un altro sistema detto TERMOMETROTERMOMETRO, il cui stato è fatto variare vincolando le altre proprietà scelte come indipendenti
I sistema e il termometro debbono essere all’equilibrio termico essendo separati da pareti rigide e fisse ma non adiabatiche
I sistema e il termometro debbono essere all’equilibrio termico essendo separati da pareti rigide e fisse ma non adiabatiche
Se la lettura di due sistemi è uguale si può dire che questi hanno la stessa temperatura
PRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICAPRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICAPRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICAPRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICA
se due sistemi sono in equilibrio se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sistema, termico con un terzo sistema, sono in equilibrio tra lorosono in equilibrio tra loro
se due sistemi sono in equilibrio se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sistema, termico con un terzo sistema, sono in equilibrio tra lorosono in equilibrio tra loro
XX11,Y,Y11 XX22,Y,Y22
XX33,Y,Y33
parete adiabaticaparete conduttrice
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EQUAZIONE DI STATO (segue)
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EQUAZIONE DI STATO (segue)
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Energia, calore, lavoroL’energia è una proprietà estensiva del sistema. Può esistere in numerose forme: energia termica, cinetica, potenziale, elettrica, magnetica, chimica, nucleare
energiaenergiaenergiaenergia
ENERGIA TOTALE, EENERGIA TOTALE, EENERGIA TOTALE, EENERGIA TOTALE, E
formeformemacroscopichemacroscopiche
formeformemacroscopichemacroscopiche
Sono quelle legate alla struttura molecolare del sistema e al grado di attività molecolare; sono indipendenti dal sistema di riferimento esterno
formeformemicroscopichemicroscopiche
formeformemicroscopichemicroscopiche
ENERGIAENERGIAINTERNA, UINTERNA, UENERGIAENERGIA
INTERNA, UINTERNA, U
E’ utile classificare le varie forme di energia che costituiscono l’energiaenergia totaletotale di un sistema in due gruppi:
E’ utile classificare le varie forme di energia che costituiscono l’energiaenergia totaletotale di un sistema in due gruppi:
Sono quelle che un sistema possiede nel suo complesso, rispetto a un qualche sistema esterno di riferimento; sono legate al movimento e all’influenza di alcuni fenomeni esterni come la gravità, il magnetismo, l’elettricità e la tensione superficiale
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Energia, calore, lavoroIl contenuto di energia di un sistema può essere variato secondo tre differenti modalità:
CALORECALORECALORECALORE
SISTEMISISTEMICHIUSICHIUSI
SISTEMISISTEMICHIUSICHIUSI
CALORECALORECALORECALORE
LAVOROLAVOROLAVOROLAVORO
a seguito di a seguito di trasferimento di trasferimento di
massamassa
a seguito di a seguito di trasferimento di trasferimento di
massamassa
SISTEMISISTEMIAPERTIAPERTI
SISTEMISISTEMIAPERTIAPERTI
Si parla di energia trasferita come CALORECALORE se la causa che determina il flusso di energia è la differenza di temperatura all’interfaccia che separa il sistema dall’esterno
LAVOROLAVOROLAVOROLAVORO
Se il flusso di energia (escluso quello legato al flusso di massa) avviene per cause non riconducibili ad una differenza di temperatura si parla di modalità LAVOROLAVORO
Se il flusso di energia (escluso quello legato al flusso di massa) avviene per cause non riconducibili ad una differenza di temperatura si parla di modalità LAVOROLAVORO
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Energia, calore, lavoro
CALORECALORECALORECALORE
sono tutte sono tutte forme di forme di energiaenergia
sono tutte sono tutte forme di forme di energiaenergia
unità di unità di misuramisura
[J][J]
unità di unità di misuramisura
[J][J]
LAVOROLAVOROLAVOROLAVORO
energia totaleenergia totaleenergia totaleenergia totale
energia internaenergia internaenergia internaenergia interna
CALORECALORECALORECALORE
LAVOROLAVOROLAVOROLAVORO
energia potenzialeenergia potenzialeenergia potenzialeenergia potenziale
energia cineticaenergia cineticaenergia cineticaenergia cinetica
sonosonoGRANDEZZGRANDEZZ
EEDI DI SCAMBIOSCAMBIO
sonosonoGRANDEZZGRANDEZZ
EEDI DI SCAMBIOSCAMBIO
energia totaleenergia totaleenergia totaleenergia totale
energia internaenergia internaenergia internaenergia interna
Volume specificoVolume specificoVolume specificoVolume specifico
energia potenzialeenergia potenzialeenergia potenzialeenergia potenziale
energia cineticaenergia cineticaenergia cineticaenergia cinetica
sonosonoGRANDEZZGRANDEZZ
EEDI DI STATOSTATO
sonosonoGRANDEZZGRANDEZZ
EEDI DI STATOSTATO 29
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Trasformazioni termodinamiche
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Lavoro termodinamico
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Osservazioni sperimentali
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Lavoro e Calore
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Convenzioni su calore e lavoro
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PRIMO PRICIPIO DELLA TERMODINAMICA
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PRIMO PRICIPIO DELLA TERMODINAMICA
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Trasformazioni cicliche
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Grafici di diverse trasformazioni
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Trasformazioni per un gas perfetto
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Trasformazioni per un gas perfetto
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Diagramma di fase
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Umidità relativa
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Irraggiamento termico
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LA TECNOLOGIA IR PER LA DIAGNOSTICA
Concetti di base - Radiatori IR
I radiatori sono essenzialmente di due tipi:
- Radiatore termico:la curva di distribuzione è di tipo continuo e presenta un unico valore massimo.
- Radiatore selettivo:la curva di distribuzione spettrale è di tipo discontinuo e presenta n bande strette di emissione caratterizzate da n picchi massimi in funzione della concentrazione molecolare. L’insieme delle sottobande rappresenta una unica segnatura.
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LA TECNOLOGIA IR PER LA DIAGNOSTICA
Concetti di base -Caratterizzazione dei Radiatori IR
La caratterizzazione di un radiatore sarà effettuata facendo ricorso all’uso di un appropriato riferimento che è il:CORPO NERO o BLACK BODY
Il Corpo nero è un corpo capace di assorbire totalmente la radiazione incidente a prescindere dalla sua lunghezza d’onda così come descritto dalla legge di Planck
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l’emissione dil’emissione diradiazione radiazione elettromagnetica elettromagnetica
deldel
l’emissione dil’emissione diradiazione radiazione elettromagnetica elettromagnetica
deldel
Termometria IR
occorre misurare corpi o ambienti a temperatura occorre misurare corpi o ambienti a temperatura SUPERIORE alla MAX di impiego dei sensori invasiviSUPERIORE alla MAX di impiego dei sensori invasivi
occorre misurare corpi o ambienti a temperatura occorre misurare corpi o ambienti a temperatura SUPERIORE alla MAX di impiego dei sensori invasiviSUPERIORE alla MAX di impiego dei sensori invasivi
le tecniche di misura invasive viste fin qui le tecniche di misura invasive viste fin qui non possono essere utilizzate quando:non possono essere utilizzate quando:
le tecniche di misura invasive viste fin qui le tecniche di misura invasive viste fin qui non possono essere utilizzate quando:non possono essere utilizzate quando:
in questi casiin questi casiin questi casiin questi casi
occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti distanti o comunque INACCESSIBILIdistanti o comunque INACCESSIBILI
occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti distanti o comunque INACCESSIBILIdistanti o comunque INACCESSIBILI
occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti chimicamente AGGRESSIVI o RADIOATTIVIchimicamente AGGRESSIVI o RADIOATTIVI
occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti chimicamente AGGRESSIVI o RADIOATTIVIchimicamente AGGRESSIVI o RADIOATTIVI
radiazione e.m.radiazione e.m.radiazione e.m.radiazione e.m.
VARIABILE VARIABILE TERMOMETRICATERMOMETRICA
VARIABILE VARIABILE TERMOMETRICATERMOMETRICA
1e
CT,IT,e
TC51
e,n,n,2
12 mmW
LEGGE DI LEGGE DI PLANCK PLANCK
CORPO NERO CORPO NERO T,ee n,n, T,ee n,n,
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[m]0 5 10 15 20
e ,n [W
. m-2
. m
-1]
101
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108
T=5800 KT=5800 K
maxmaxT=2897.6 [T=2897.6 [mm..K]K]
T=1100 KT=1100 K
T=550 KT=550 K
T=280 KT=280 K
[m]0 5 10 15 20
e ,n [W
. m-2
. m
-1]
101
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T=5800 KT=5800 K
maxmaxT=2897.6 [T=2897.6 [mm..K]K]
T=1100 KT=1100 K
T=550 KT=550 K
T=280 KT=280 K
T=5800 KT=5800 K
T=1100 KT=1100 K
T=550 KT=550 K
T=280 KT=280 K
Irraggiamento a varie temperature
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