FISICA TECNICA
6/10/1997
TERMODINAMICA processi conversione energia trasmissione in transito (energia in via di trasferimento) Energia accumulata Energia sotto varie forme (6) : 1 meccanica 2 elettrica 3 elettromagnetica 4 chimica 5 nucleare 6 termica in transito : lavoro En.Meccanica : accumulata : potenziale , cinetica ,... E' direttamente utilizzabile. Può essere concettualmente convertita in modo integrale in altre forme come en.elettrica o termica . Si definisce come energia ordinata.
En.Elettrica : associata ad un accumulo o moto di cariche elettriche. Anche quella elettrica è convertibile in altre forme (termica , meccanica) .
En.Elettromagnetica : è energia pura , cioè sottoforma di onde elettroniche. Si propaga alla velocità della luce ; non necessita di un supporto materiale. Il valore dell'energia trasferita dipende dalla frequenza.
En.Chimica : tipicamente è energia immagazzinata, quindi allo stato potenziale. Può essere liberata con reazioni chimiche che riguardano gli elettroni. Reazione esotermica energia chimica energia termica
En.Nucleare : simile a quella chimica , si libera con reazioni del nucleo ; si hanno così :
FUSIONE FISSIONE
nuclei leggeri nuclei pesanti en.immagazzinata (come energia termica)
liberano energia termica
in transito : calore En.Termica : accumulata : energia interna accumulata Possiede caratteristiche particolari : spesso costituisce un passaggio obbligato . In linea di principio non è convertibile in alter forme . Per certi aspetti può definirsi energia disordinata (per agitazione termica).
I problemi energetici presentano 2 aspetti : * le fonti * le possibilità di conversione
Fonti primarie * materie prime combustibili * processi naturali MATERIE PRIME (fonti non rinnovabili) petrolio, carbone, gas naturali, combustibili nucleari,... Per queste fonti si possono stimare risorse energetiche note. PROCESSI NATURALI (fonti rinnovabili) en.idraulica, eolica, solare, marre, geotermica, biomasse, gradienti nel mare .
Unità di misura : M Tep (M=mega) 1 tonn. equiv. di petrolio = 10^7 Kcal = 4.18*10^10 Joule Quindi M Tep = 4.18*10^16 Joule
Fabbisogno annuo mondiale = 7 G Tep
Per le fonti rinnovabili oggi la più importante è quella idraulica.
7/10/1997 La Termodinamica applicata nasce con le prime macchine termiche XIX Secolo Prime applicazioni delle macchine a vapore : nave commerciale 1807 Fulton ferrovia A metà del secolo compaiono nuove macchine , cioè motori a combustione interna. Il combustibile ( gas o benzina ) "bruciato" con fiamma o scintilla . Poi i motori a combustione interna furono alimentati con olio a combustione pesante. Vi fu poi un ritorno al vapore turbina a vapore (1884, Parson) :funzionava tramite espansione del vapore. Si iniziò a parlare di propulsione aerea e di turbine a gas. Per quanto riguarda le ferrovie prendono campo i motori elettrici e i diesel. SI HA QUINDI UNA DIVERSIFICAZIONE NEI VARI CAMPI ! ! !
Definiamo gli elementi fondamentali della Termodinamica : * SISTEMA : oggetto delle nostre analisi Può essere semplice o complesso , a composizione chimica variabile o costante. Si può considerare sistema il gas o un'intera macchina. -sistema chiuso (o massa di controllo) -sistema aperto (o volume di controllo) gas Sistema chiuso : data e definita quantità di massa Può anche essere un corpo che si muove lungo un piano.
Hp : superficie impermeabile alla massa M esterno la superficie può essere reale o immaginaria e può avere spostamenti
Sistema aperto : regione dello spazio delimitata da una superficie di controllo permeabile alla massa. Può essere molto semplice o molto complesso.
caldaia turbina compressore
Si può considerare aperto l'intero impianto o i suoi singoli elementi ( il sempre permeabile alla massa ) Approccio microscopico della termodinamica : TERMODINAMICA STATISTICA che considera le singole particelle per studiare una caratterizzazione macroscopica.Utile ad esempio , per lo studio di laser,... Approccio macroscopico : TERMODINAMICA CLASSICA che studia in sistema attraverso proprietà macroscopiche come la pressione, la temperatura, ... Consente un modo sintetico per lo studio, mantenendo valide le carie leggi. Cosa si intende per stato di un sistema ? L'insieme delle proprietà utili per lo macroscopico della materia. Per proprietà di un sistema si intendono quelle grandezze macroscopiche che possono essere riscontrate indipendentemente dalla storia del sistema. Esiste un numero minimo di proprietà indipendenti e macroscopiche sufficienti per descrivere un sistema ( si parla allora di fluidi termodinamici , cioè a 2 variabili ) Se si considera una reazione chimica il fluido va considerato per tante variabili quante sono le reazioni chimiche. Per un fluido in movimento bisogna considerare anche la velocità. FLUIDI A 2 VARIABILI acqua, liquidi refrigeranti .
Sistema isolato : si ha equilibrio termodinamico quando le proprietà rimangono costanti. termico
Equilibrio termodinamico meccanico
chimico di fase
Trasformazione termodinamica : le proprietà variano nel tempo. E' provocata normalmente da scambi energetici tra esterno e sistema. Una trasformazione termodinamica può essere controllata controllando gli scambi energetici. Consideriamo come scambi di energia soprattutto quelli di : * CALORE : scambio di energia che accompagna una trasformazione provocata da interazione tra esterno e sistema. Non sempre provoca cambiamento di T. * LAVORO : scambio di energia provocato da uno spostamento della superficie di confine del sistema.
Scambio di calore >0 sistema esterno
scambio di lavoro >0 sistema esterno
In Termodinamica intervengono grandezze estensive (proporzionali alla massa del sistema) e grandezze intensive (indipendenti dalla ....) .