Lezione n.3 (Corso di termodinamica) Il Primo principio della termodinamica

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Indice   Equazioni di bilancio   Portata   Bilancio di massa   Energia   Flussi di energia: calore e lavoro   Lavoro d’elica e di variazione di volume   Bilancio di energia per sistemi chiusi   Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi (convenzione del segno)

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio  $ uscita + $ distrutta + $ accumulata  $ entrata + $ generata = Equazione di bilancio

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio La quantità di G entrata La quantità di G generata La quantità di G uscita La quantità di G distrutta La quantità di G accumulata = Equazione di bilancio

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio La quantità di G entrata La quantità di G generata La quantità di G uscita La quantità di G distrutta La quantità di G accumulata = = Regime stazionario Bilancio di una grandezza G

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio La quantità di G entrata La quantità di G generata = 0 La quantità di G uscita La quantità di G distrutta = 0 = Grandezza conservativa Bilancio

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio La massa è una grandezza conservativa m gen = 0 m dis = 0 m dis = 0 La massa non può essere distrutta  La massa non può essere distrutta La massa non può essere generata  La massa non può essere generata Massa

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio  m e1 m e2 m e3 m u1 m u3 m u2 Bilancio di massa per SA

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Portata massica Portata volumetrica A w  mm Portata di un fluido

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Energia Definizione: Definizione: Capacità di un sistema di compiere lavoro Capacità di un sistema di compiere lavoro Forme di energia Forme di energia Energia meccanica (cinetica e potenziale) Energia meccanica (cinetica e potenziale) Energia chimica e nucleare Energia chimica e nucleare Energia elettrica Energia elettrica Energia interna Energia interna … Energia eolica, solare, rinnovabile, … Energia eolica, solare, rinnovabile, …

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Energia interna L’energia interna di un sistema è la somma di tutte le forme microscopiche di energia L’energia interna di un sistema è la somma di tutte le forme microscopiche di energia energia sensibile: cinetica traslazionale, di rotazione e di vibrazione, energia sensibile: cinetica traslazionale, di rotazione e di vibrazione, energia latente: legata alle forze intermolecolari energia latente: legata alle forze intermolecolari

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Trasformazioni di energia Trasformazioni dell’energia Trasformazioni dell’energia Energia chimica  Energia termica Energia chimica  Energia termica Energia meccanica  Energia elettrica Energia meccanica  Energia elettrica Energia termica  Energia meccanica Energia termica  Energia meccanica … …

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio L’ energia è una proprietà termodinamica estensiva (che gode della proprietà additiva) e conservativa E dis = 0 E dis = 0 L’ energia non può essere distrutta  L’ energia non può essere distrutta L’ energia non può essere generata  L’ energia non può essere generata Proprietà dell’ energia (postulato dell’energia) E gen = 0 E gen = 0

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Energia trasferita tra due sistemi a causa di una differenza di temperatura calore Flusso di energia: Modo Calore

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Energia trasferita tra due sistemi per una causa non riconducibile ad una differenza di temperatura lavoro Flusso di energia: Modo Lavoro 1 kg spostamento

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Lavoro che l’ambiente compie su un sistema chiuso (o viceversa) per spostare una sua parete L p = forza·spostamento Lavoro di variazione di volume gas dz p ex A

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Una girante calettata ad un albero posto in rotazione da un motore elettrico trasferisce energia in modo lavoro al fluido ventilatore, pompa Una girante posta in rotazione dal fluido in moto trasferisce energia in modo lavoro all’albero cui è calettata turbina idraulica Lavoro d’elica

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Bilancio di energia per sistemi chiusi

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Primo principio per sistemi chiusi

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Primo principio per sistemi chiusi (forma differenziale)

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Un provino di ferro da 5 kg alla temperatura di 120 °C è posto in un recipiente termicamente isolato contenente 50 dm 3 di acqua a 20 °C. Quale sarà la temperatura all’equilibrio? Esercizio

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Lavoro che il fluido in moto compie per entrare o uscire dal volume di controllo L p = forza·spostamento A p w A p w Lavoro di pulsione Flussi di energia

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Energia potenziale Energia cinetica Energia interna Flusso convettivo Flussi di energia

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Bilancio di energia regime stazionario 1 ingresso 1 uscita

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Bilancio di energia sistema chiuso

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Un provino di ferro da 5 kg alla temperatura di 120 °C è posto in un recipiente termicamente isolato contenente 50 dm 3 di acqua a 20 °C. Quale sarà la temperatura all’equilibrio?

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio u Un serbatoio d’acqua ha la forma di un cilindro con 60 cm di diametro e 120 cm di altezza. Il condotto di carico immette 2 kg/s di acqua; attraverso il tubo di scarico (raggio interno 2 cm) l’acqua esce alla velocità di 0,5 m/s. Quanto tempo è necessario per riempire la metà del serbatoio? Acqua i

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio

Modulo di TermodinamicaLezione 3 Primo Principio Limiti del primo principio Non spiega la direzione dei fenomeni (ovvero delle trasformazioni termodinamiche) Non spiega la direzione dei fenomeni (ovvero delle trasformazioni termodinamiche) Non spiega la diversa qualità dell’energia Non spiega la diversa qualità dell’energia Non da alcuna indicazione sulla possibilità di trasformare una forma di energia in un altra Non da alcuna indicazione sulla possibilità di trasformare una forma di energia in un altra