Richiami di Fisica, Meccanica e Termodinamica Introduzione al Corso Prof. Ing. Giulio Vannucci

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1 CORSO DI FISICA TECNICA Richiami di Fisica, Meccanica e Termodinamica Introduzione al Corso Prof. Ing. Giulio Vannucci

2 RICHIAMI DI FISICA, MECCANICA E TERMODINAMICA Nozioni di unità di misura Elementi di fisica-meccanica. Concetti di massa, peso specifico, volume. Forza e pressione, lavoro ed energia. Strumenti di misura 2

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13 La materia STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA 13

14 STRUTTURA DELLA MATERIA solido ha volume e forma propria il liquido ha volume proprio mentre la forma è quella del recipiente che lo contiene il gas tende a riempire tutto lo spazio a disposizione 14

15 UN GAS PERFETTO è UN GAS IDEALE CHE HA LE MOLECOLE CHE LO COMPONGONO COMPLETAMENTE LIBERE. 15

16 Interpretazione Molecolare della pressione Le molecole di un gas esercitano una forza sulle pareti del contenitore : Le molecole urtano le pareti interne del recipiente. Un numero enorme di urti nell unita di tempo viene misurato come pressione 16

17 GLI STATI DELLA MATERIA l esistenza dei tre stati è dovuta alla competizione tra l energia di legame che tiene unite le molecole e l energia cinetica che dipende dalla temperatura e tende a distanziare le molecole 17

18 I passaggi di stato Il processo attraverso il quale una sostanza soggetta a variazione di pressione e/o temperatura passa da uno stato di aggregazione all altro si chiama passaggio di stato 18

19 Riscaldamento di un pezzo di ghiaccio 19

20 Caratteristiche dell acqua L'acqua allo stato liquido presenta diverse anomalie: punto di ebollizione molto alto; volume molare piuttosto basso; calore specifico elevato con un minimo a 35 C; viscosità che presenta un minimo alle alte pressioni; un punto di massimo nel diagramma densità-temperatura, per cui al di sotto della temperatura di massimo il liquido diminuisce di volume all'aumentare della temperatura. Inoltre durante il processo di congelamento si ha un notevole aumento di volume. 20

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22 ACQUA=ossigeno+idrogeno L'acqua è una sostanza anfotera, ovvero capace di comportarsi sia da acido che da base. A ph 7 (condizione di neutralità) la concentrazione di ioni idrossido OH- è uguale a quella di ioni idrogeno H+ (o idronio H3O+). Quando questo equilibrio viene alterato, la soluzione diventa acida (maggiore concentrazione di ioni idrogeno) o basica (maggiore concentrazione di ioni idrossido) 22

23 L'acqua come solvente Miscuglio omogeneo (soluzione) di acqua e sale Chimicamente l'acqua è un buon solvente. Una soluzione si differenzia da una generica dispersione perché il soluto è disperso nel solvente a livello di singole molecole o ioni, ciascuno di essi circondato da molecole di solvente (si parla più precisamente di solvatazione). Nell'ambito delle soluzioni, si usa chiamare soluto (o fase dispersa) la sostanza (o le sostanze) in quantità minore e solvente (o fase disperdente o fase continua) la sostanza in quantità maggiore. 23

24 L'acqua nell'industria L'acqua è usata in numerosi processi ed apparecchiature industriali, quali ad esempio il motore a vapore, i generatori di vapore, gli scambiatori di calore ed i radiatori, nonché nei processi dell'industria chimica. Infatti, grazie alle sue proprietà chimiche, l ' acqua costituisce l'ambiente di reazione e dissoluzione di molte sostanze, e, per le sue caratteristiche termiche, è un ottimo fluido trasportatore di calore. Inoltre l'acqua viene impiegata per la produzione di energia nelle centrali idroelettriche. VOLUME SPECIFICO ACQUA 24

25 Calore Il calore è energia termica che possiedono le molecole e in forza della quale vibrano velocemente attorno alla loro posizione. EFFETTO DEL CALORE SULLA MATERIA 1. il calore provoca la dilatazione della materia, cioè un aumento di volume. 2. l aumento di volume varia a seconda della materia. 3. esistono tabelle di dilatazione lineare e di dilatazione cubica 25

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27 DILATAZIONE DELL'ACQUA Ad ogni variazione positiva di temperatura durante la fase di preriscaldamento dell'impianto l'acqua aumenta di volume. Si può dire che l'acqua riscaldandosi si dilata di circa il 4% del suo volume. L ' espansione dell ' acqua non è rettilinea, cioè uniforme come per altri liquidi ma si distende in minor misura da 4 C a 50 C, che da 50 C a 100 C Da O C a 4 C l acqua si contrae invece di dilatarsi 27

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29 Un corpo si dice sollecitato a trazione quando due forze di uguale intensità sono dirette lungo l asse geometrico del corpo e tendono ad allungarlo 29

30 Un corpo si dice sollecitato a compressione quando due forze di uguale intensità sono dirette lungo l asse geometrico del corpo e tendono ad accorciarlo 30

31 Un corpo si dice sollecitato a flessione quando la forza applicata tende a piegarlo o a fletterlo. La direzione della forza è perpendicolare all asse del pezzo e giace nel piano passante per l asse geometrico stesso. 31

32 Un corpo si dice sollecitato a flessione quando è sottoposto a una forza che tende a far ruotare una sezione del pezzo rispetto alla sezione immediatamente adiacente. Le forze giacciono sul piano perpendicolare all asse del pezzo e tendono a torcerlo. 32

33 Un corpo si dice sollecitato a taglio quando è sottoposto a una forza applicata soltanto su una parte del corpo stesso, che tende, di conseguenza, a scorrere rispetto all altra parte, mantenuta fissa da una forza. 33

34 La dilatazione cubica dei solidi Nel caso in cui il solido si sviluppi in modo analogo in tutte e tre le direzioni spaziali cioè le sue tre dimensioni abbiano lo stesso ordine di lunghezza spaziali, grandezza, allora occorre una legge che ci dia la variazione di volume in funzione della variazione di temperatura. Nel fenomeno della dilatazione cubica dei solidi la variazione di volume, in modo analogo a quella lineare: è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura; è direttamente proporzionale al volume iniziale; dipende dalle caratteristiche della sostanza. 34

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45 LA PRESSIONE La forza totale esercitata sulla superficie divisa la grandezza della superficie è definita pressione La pressione risulta quindi essere la forza che si esercita sull unità di superficie. La pressione è data dalla forza divisa la superficie su cui agisce. La superficie è la parte di piano, entità a due dimensioni, sulla quale la forza agisce. Se la superficie diminuisce di dieci volte la pressione aumenta di dieci volte e viceversa Se la forza aumenta di dieci volte la pressione aumenta di dieci volte e viceversa 45

46 Pressione = Forza / AreaP = F/A unita SI : 1 Nt/m2 = 1 Pascal (Pa) 1 bar = 1,02 kg/cmq 1 Pa = 1 N/m2 = 0,102 kg/10000cmq = 0, kg/cmq = 0,00001 bar 1 Mpa = 1000 kpa = 10 bar 46

47 UNITA DIMISURA DIPRESSIONE 47

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49 MANOMETRO BOURDON E' il tipo piu' diffuso ed è costituito da un tubo di forma ellittica schiacciata e piegato ad arco. una estremità è posta a diretto contatto con la pressione che deve essere misurata e l' altro e' collegato, tramite leve e meccanismi, alla lancetta indicatrice. Nel caso del generatore di vapore, la pressione schiaccia il tubo e di conseguenza la lancetta ruota su una scala graduata che indica la pressione rilevata. 49

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51 MANOMETRO SCHAEFFER E' costituito da una membrana metallica sulla quale agisce la pressione che la fa flettere, tramite un meccanismo la flessione della membrana determina il movimento della lancetta indicatrice sulla scala. 51

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53 NORME RELATIVE AI MANOMETRI 53

54 GRAZIE PER L ATTENZIONE

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