Maurizio Zani. Raccolta di lezioni per Termodinamica. Solidi. Fluidi. Gas

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1 Maurizio Zani Raccolta di lezioni per Termodinamica Solidi. Fluidi. Gas

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3 It s a kind of magic... Queen 3

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5 Prefazione Questo testo è una raccolta delle lezioni svolte in aula dal sottoscritto in questi anni durante i corsi di Fisica Sperimentale ad Ingegneria presso il Politecnico di Milano. Il testo è organizzato con una sequenza che bene o male segue quella tenuta in aula. Lungi da me pensare che il testo sia esaustivo, e che consenta di evitare di frequentare le lezioni in aula; è invece uno strumento complementare, che può aiutare a seguire più agevolmente le tematiche proposte, con il supporto di avere sott occhio i procedimenti seguiti in aula. Consigli: nel testo sono contenuti degli esercizi d esempio per le diverse tematiche, evidenziati con un segno a lato come il seguente Esercizio d esempio E comunque importante che di ogni tematica trattata si capisca l ambito di validità, così da poterla applicare ai vari casi che si presentano e non fermandosi ai soli esempi presentati. Ogni termine o definizione importante compare in grassetto nel testo, e viene poi riportato per comodità nell indice degli argomenti a fondo libro; è presente anche un indice degli autori richiamati nel testo, un indice delle costanti ed un indice delle unità di misura. Errori: ne è piena la Terra, figurarsi qui dentro!! Che dire, vi sarei grato, e con me gli studenti futuri, se voleste segnalarmeli, così che questo strumento possa essere continuamente migliorato nelle successive edizioni (maurizio.zani@polimi.it) Ringraziamenti: mi fa piacere cominciare a ringraziare proprio gli studenti, dai quali molte volte ho preso ispirazione per cercare nuovi esempi che chiarissero la tematica, per continuare con i colleghi con i quali ho condiviso il compito di docente e dai quali ho appreso utili consigli per il compito dell insegnamento. Ora basta essere così seri (chi ha seguito le mie lezioni sa a cosa mi riferisco): prendete carta, penna e calamaio e... buon lavoro! Maurizio Zani Febbraio,

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7 Sommario Meccanica dei solidi Meccanica dei sistemi numerosi Approccio statistico Stati della materia Struttura della materia Statica del corpo rigido Equazioni cardinali Proprietà elastiche Trazione Compressione Compressione idrostatica Taglio Legge di Poisson Modello atomico Meccanica dei fluidi Proprietà meccaniche Densità Pressione Taglio Proprietà elastiche Compressione idrostatica Taglio Statica dei fluidi Equazione della statica dei fluidi Legge di Stevin Principio di Pascal Principio di Archimede Pressione atmosferica Equazione barometrica Fenomeni di superficie Tensione superficiale Legge di Laplace Tensione interfacciale Capillarità Modello atomico Cinematica dei fluidi Descrizione lagrangiana Descrizione euleriana Moto stazionario Dinamica dei fluidi ideali Equazione di continuità Legge di Leonardo Principio di Bernoulli Principio di Torricelli Dinamica dei fluidi viscosi Moto laminare Moto turbolento Attrito viscoso Portanza Effetto Magnus Dinamica dei fluidi comprimibili Suono

8 Equazione dell energia Termologia Sistema termodinamico Sistema ed ambiente Grandezze termodinamiche Regola delle fasi Pressione Mole Principio zero della termodinamica Equilibrio termodinamico Principio zero della termodinamica Temperatura Scale di temperatura Termometri Dilatazione termica Dilatazione lineare Dilatazione cubica Modello atomico Primo principio della termodinamica Lavoro termodinamico Calore Equivalente meccanico della caloria Energia interna Primo principio della termodinamica Trasformazioni termodinamiche Quasi statica Reversibile Isobara Isocora Isoterma Adiabatica Calore specifico Capacità termica Calore specifico Calore specifico molare Transizioni di fase Calore latente Diagramma pt Diagramma pv Trasmissione del calore Conduzione Convezione Irraggiamento Meccanica dei gas Gas ideale Legge di Avogadro Legge di Charles Legge di Gay-Lussac Legge di Boyle-Mariotte Equazione di stato dei gas Legge di Dalton Esperimento di Joule Relazione di Mayer Teoria cinetica Modello atomico Pressione

9 Temperatura Energia interna Teorema di equipartizione dell energia Calore specifico Gas reale Sviluppo del viriale Equazione di Van der Waals Trasformazioni termodinamiche Isobara Isocora Isoterma Adiabatica Politropica Termodinamica Cicli termodinamici Macchina termica Macchina frigorifera Ciclo di Carnot Ciclo Stirling Ciclo Otto Ciclo Diesel Pompa di calore Secondo principio della termodinamica Irreversibilità Enunciato di Kelvin-Planck Enunciato di Clausius Teorema di Carnot Equazione di Clapeyron Scala termodinamica assoluta Teorema di Clausius Entropia Principio di aumento dell entropia Energia degradata Potenziali termodinamici Energia interna Entalpia Energia libera di Helmholtz Energia libera di Gibbs Relazioni di Maxwell Terzo principio della termodinamica Terzo principio della termodinamica Ipotesi di Nernst-Planck Meccanica statistica Distribuzione di Maxwell-Boltzmann Velocità Energia Entropia Relazione di Boltzmann Disordine Bibliografia Indice Indice degli autori

10 Indice delle costanti Indice delle unità di misura Indice degli argomenti