Termologia Termodinamica

termodinamica classica Termodinamica: introduzione termodinamica classica usa un approccio MACROSCOPICO, 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 molecole. Descrivere il comportamento della materia dal punto di vista MICROSCOPICO 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 termodinamica statistica

PROPRIETA’ FISICHE DI UN SISTEMA La descrizione macroscopica di un sistema è fatta in termini di PROPRIETA’ fisiche che possono essere, in linea di principio, misurate con l’aiuto di appropriati strumenti di laboratorio PROPRIETA’ GRANDEZZA DI STATO COORDINATA TERMODINAMICA 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

temperatura, pressione Proprietà: classificazione proprietà estensive Si pensi di suddividere un sistema in un certo numero di sottosistemi. Una proprietà è ESTENSIVA se il suo valore per l’intero sistema è pari alla somma dei valori relativi a tutti i sottosistemi che lo compongono volume, massa, energia proprietà 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 INTENSIVE: il loro valore non dipende dalla estensione del sistema temperatura, pressione

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, T 0.5m, 0.5V, 0.5E p, T 0.5m, 0.5V, 0.5E p, T m, V, E

equilibrio termodinamico Stato termodinamico ed equilibrio 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 termodinamico equilibrio 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 equilibrio meccanico si ha quando in nessun punto vi sono variazioni di pressione nel tempo si ha quando la composizione chimica del sistema non varia nel tempo, cioè non si verificano reazioni chimiche equilibrio chimico

TEMPERATURA 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 TERMOMETRO, 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 Se la lettura di due sistemi è uguale si può dire che questi hanno la stessa temperatura PRINCIPIO ZERO DELLA TERMODINAMICA parete adiabatica parete conduttrice X1,Y1 X2,Y2 se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sistema, sono in equilibrio tra loro X3,Y3

EQUAZIONE DI STATO (segue)

EQUAZIONE DI STATO (segue)

Energia, calore, lavoro energia L’energia è una proprietà estensiva del sistema. Può esistere in numerose forme: energia termica, cinetica, potenziale, elettrica, magnetica, chimica, nucleare E’ utile classificare le varie forme di energia che costituiscono l’energia totale di un sistema in due gruppi: ENERGIA TOTALE, E 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 forme macroscopiche Sono quelle legate alla struttura molecolare del sistema e al grado di attività molecolare; sono indipendenti dal sistema di riferimento esterno forme microscopiche ENERGIA INTERNA, U

trasferimento di massa Energia, calore, lavoro Il contenuto di energia di un sistema può essere variato secondo tre differenti modalità: CALORE LAVORO a seguito di trasferimento di massa SISTEMI CHIUSI SISTEMI APERTI CALORE LAVORO Si parla di energia trasferita come CALORE se la causa che determina il flusso di energia è la differenza di temperatura all’interfaccia che separa il sistema dall’esterno 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 LAVORO

sono tutte forme di energia Energia, calore, lavoro energia totale energia interna CALORE LAVORO energia potenziale energia cinetica sono tutte forme di energia unità di misura [J] energia totale energia interna Volume specifico CALORE energia potenziale LAVORO energia cinetica sono GRANDEZZE DI SCAMBIO sono GRANDEZZE DI STATO

Trasformazioni termodinamiche

Lavoro termodinamico

Osservazioni sperimentali

Lavoro e Calore

Convenzioni su calore e lavoro

PRIMO PRICIPIO DELLA TERMODINAMICA

PRIMO PRICIPIO DELLA TERMODINAMICA

Trasformazioni cicliche

Grafici di diverse trasformazioni

Trasformazioni per un gas perfetto

Trasformazioni per un gas perfetto

Diagramma di fase

Umidità relativa

Irraggiamento termico

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.

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

Termometria IR le tecniche di misura invasive viste fin qui non possono essere utilizzate quando: occorre misurare corpi o ambienti a temperatura SUPERIORE alla MAX di impiego dei sensori invasivi occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti distanti o comunque INACCESSIBILI in questi casi occorre misurare la temperatura di corpi o ambienti chimicamente AGGRESSIVI o RADIOATTIVI VARIABILE TERMOMETRICA l’emissione di radiazione elettromagnetica del radiazione e.m. LEGGE DI PLANCK CORPO NERO

Irraggiamento a varie temperature T=5800 K T=1100 K T=550 K T=280 K