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]

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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

[m]0 5 10 15 20

e ,n [W

. m-2

. m

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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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