Politecnico di Torino
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Anno Accademico 2006/07
08AXYFC, 08AXYFA, 08AXYFI
Fisica tecnica
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Alessandria
Corso di Laurea in Ingegneria Delle Materie Plastiche - Alessandria
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Alessandria
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Sacchi Alfredo       56 28 0 0 8
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 7.5 T - Attivita formative caratterizzanti transitate in discipline affini o integrative Ingegneria energetica
Obiettivi dell'insegnamento
Nella prima parte del corso, di tipo metodologico e generale, ci si propone di far conoscere e illustrare agli allievi i fenomeni che permettono di correlare le modificazioni dei corpi materiali agli scambi mutui di energia in forma di calore e lavoro, le leggi fisiche che li governano con le relative rappresentazioni matematiche. Si descrivono quindi le principali tecnologie per la conversione di calore in energia meccanica e viceversa (motori e refrigeratori) ed i relativi metodi di calcolo.
Nella seconda parte si approfondiscono dal punto di vista fenomenologico e di calcolo i meccanismi con i quali è possibile trasferire energia in forma di calore, la conduzione, la convezione e l'irraggiamento, e si approfondiscono, tra le applicazioni fondamentali, gli scambiatori di calore e le alettature di raffreddamento.
Competenze attese
Al termine del corso lo studente, per quanto attiene alle questioni generali, sarà in grado di comprendere e di esprimere in modo quantitativo come i flussi di energia siano insieme causa ed effetto di tutte le trasformazioni che si constatano nel modo fisico, e come il calore si propaga nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi o per onde elettromagnetiche. Per quanto attiene le conoscenze tecnologiche e peculiari dell'ingegnere, egli saprà distinguere gli elementi fondamentali per i principali dispositivi per la produzione di energia meccanica, motori a combustione interna e macchine a vapore, e per la refrigerazione, frigoriferi e pompe di calore, e per i più diffusi e importanti tipi di scambiatori di calore e svolgere calcoli di prima approssimazione.
Prerequisiti
E' necessario conoscere gli elementi dell'analisi matematica (calcolo differenziale e integrale, metodi di soluzione dei tipi più semplici di equazioni differenziali, algebra delle matrici), e avere frequentato i corsi di fisica e di chimica di base.
Programma
DEFINIZIONE DI GRANDEZZE E CONCETTI FONDAMENTALI. Sistema e stato termodinamico; equilibrio, processi e trasformazioni. Temperatura, calore, lavoro.
PRIMO PRINCIPIO. Enunciato generale. Energia interna ed entalpia, calori specifici, bilanci di energia.
SECONDO PRINCIPIO. Macchine termiche. Enunciato generale. Entropia, reversibilità e irreversibilità. Ciclo ideale di Carnot.
LE SOSTANZE PURE. Superfici p-v-T e cambiamenti di stato, equazioni di stato dei gas, gas ideali, equazione di Clapeyron per i vapori, proprietà delle miscele di liquido e vapore.
SISTEMI APERTI O A DEFLUSSO. Definizioni. Rappresentazioni lagrangiane ed euleriana. Le equazioni fondamentali per i sistemi aperti: conservazione della massa e dell'energia meccanica, primo e secondo principio della termodinamica.
CICLI IDEALI DI MACCHINE MOTRICI E OPERATRICI. Cicli di motori a gas: Otto, Diesel, Joule, Stirling. Cicli di motori a vapore: Rankine e Hirn. Cicli inversi a vapore.
INTRODUZIONE AI MODI DI TRASMISSIONE DEL CALORE. Conduzione, convezione e irraggiamento. Cenni alla termodinamica dei mezzi continui.
LA CONDUZIONE. Equazioni generali, integrali e differenziali. La legge di Fourier. Fenomenologia e conduttività termica. Applicazioni: Soluzione di problemi in regime stazionario monodimensionale e transitorio a zero dimensioni. Superfici estese ed alette.
LA CONVEZIONE. Proprietà dei fluidi. I tipi di deflusso. Strati limite delle velocità e delle temperature. Cenni alle modalità delle interazioni fluido-parete. La legge di Newton nella convezione. Convezione termica forzata e naturale nel deflusso interno ed esterno. Relazioni adimensionali. Il metodo delle analogie.
SCAMBIATORI DI CALORE. Tipologie. Calcolo dell'andamento della temperatura dei fluidi. I metodi di dimensionamento della differenza di temperatura media logaritmica ed e-NTU. Efficienza.
IRRAGGIAMENTO. Proprietà energetiche della radiazione elettromagnetica. Grandezze caratteristiche, Interazione tra radiazione e superfici, coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione. Il corpo nero. Corpi grigi. Emissività. Scambio di energia per irraggiamento tra corpi neri e grigi, fattori di forma e reti di resistenze equivalenti.
Laboratori e/o esercitazioni
Esercizi svolti in aula sui temi trattati a lezione.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2006/07
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