Programma svolto a.s. 2015/2016. Materia: fisica

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1 Programma svolto a.s. 2015/2016 Classe: 4A Docente: Daniela Fadda Materia: fisica Dettagli programma Cinematica e dinamica: moto circolare uniforme (ripasso); moto armonico (ripasso); moto parabolico (ripasso); principi della dinamica e piano inclinato (ripasso); lavoro e conservazione dell energia (ripasso). Temperatura e dilatazione termica: la temperatura e le scale termometriche; il termoscopio; definizione operativa della temperatura; il termometro; il protocollo di misura; le scale Celsius - Kelvin e Fahrenheit: punti fissi e temperature ad essi associate; conversione tra le temperature nelle diverse scale; la dilatazione termica lineare e volumica; Le leggi dei gas: la legge di Boyle e le leggi di Gay-Lussac; rappresentazione grafica delle leggi dei gas sul piano P-V e in funzione della temperatura ; significato dello zero assoluto; il gas perfetto; condizioni per le quali un gas reale si comporta come gas perfetto;

2 l equazione di stato di un gas perfetto espressa con la temperatura assoluta (con dimostrazione) sia in funzione del numero di moli che del numero di molecole; unità di massa atomica e mole; numero di Avogadro; legge di Avogadro ; ricavare il valore numerico della costante universale dei gas R. Interpretazione microscopica delle grandezze termodinamiche (teoria cinetica dei gas cenni) il moto browniano e la sua interpretazione; il modello microscopico del gas perfetto; energia cinetica media delle molecole; interpretazione della pressione del gas perfetto (urti con le pareti del recipiente); legame tra la pressione e l en. cinetica media (solo la formula, senza dimostrazione) la temperatura ed il suo legame con l en. cinetica traslazionale media per gas monoatomici (con dimostrazione); la costante di Boltzmann; la velocità quadratica media ed il suo legame con la temperatura assoluta; la distribuzione di Maxwell delle velocità molecolari (solo la discussione della curva in base al suo significato, senza la formula); energia interna relativa ad un gas monoatomico e quindi al solo moto traslazionale. Il calore e la sua propagazione: la teoria del calorico (fenomeni che poteva spiegare e non); l esperimento di Joule; calore specifico e capacità termica; la caloria; il calorimetro delle mescolanze;

3 misura del calore specifico e della temperatura di equilibrio; il potere calorifico; i meccanismi di propagazione del calore: conduzione convezione ed irraggiamento; effetto serra (cenni). I cambiamenti di stato: stati di aggregazione della materia; contributo dell energia cinetica e dell energia potenziale agli stati della materia (effetto ordinante e disgregante); fusione e solidificazione vaporizzazione e condensazione sublimazione brinamento; le leggi della fusione e della solidificazione; interpretazione microscopica del calore latente di fusione; le leggi della vaporizzazione e della condensazione; distinzione tra ebollizione ed evaporazione; l evaporazione è un processo di raffreddamento; vapore saturo; interpretazione microscopica del vapore saturo; pressione di vapore saturo; pressione di vapore saturo ed ebollizione; sublimazione; condensazione e temperatura critica; il diagramma di fase; il vapore acqueo nell atmosfera: ciclo dell acqua (cenni). Il primo principio della termodinamica: termodinamica e sistema termodinamico; sistema aperto, chiuso ed isolato; le funzioni di stato;

4 grandezze estensive ed intensive (cenni); l equilibrio termodinamico; il principio zero della termodinamica; le trasformazioni reali; le trasformazioni quasi statiche; trasformazioni quasi statiche particolari: isoterma, isobara, isocora, adiabatica e ciclica; pendenza della adiabatica e della isoterma; lavoro termodinamico per una trasformazione isobara; lavoro di una trasformazione quasi statica; il lavoro non è una funzione di stato; il primo principio della termodinamica; applicazioni del primo principio alle trasformazioni particolari; calore specifico a pressione costante e a volume costante; variazione di temperatura nelle trasformazioni adiabatiche; equazione delle trasformazioni adiabatiche; perché la pendenza del diagramma P-V di una trasformazione adiabatica è maggiore di quella relativa ad una trasformazione isoterma. Il secondo principio della termodinamica: le macchine termiche; bilancio energetico di una macchina termica; sorgente ideale di calore; il secondo principio della termodinamica: enunciato di Kelvin; il secondo principio della termodinamica: enunciato di Clausius; equivalenza dei due principi; rendimento di una macchina termica; il secondo principio della termodinamica: terzo enunciato (il rendimento); rendimento energetico di qualsiasi dispositivo; processi reversibili e irreversibili;

5 espansione libera; passaggio di calore da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura minore; trasformazione adiabatica in presenza di attrito (gas su cui è fatto lavoro tramite un mulinello); quando una trasformazione si dice reversibile; condizioni per la reversibilità di una trasformazione; il teorema di Carnot; il ciclo di Carnot; il rendimento di una macchina di Carnot; il ciclo di Carnot inverso: il ciclo frigorifero; il frigorifero reale: ciclo inverso a compressione di vapore; il coefficiente di prestazione di un frigorifero reale ed ideale; il condizionatore ed il suo coefficiente di prestazione; la pompa di calore ed il coefficiente di guadagno. L entropia: la disuguaglianza di Clausius (con dimostrazione); l entropia; l entropia è una funzione di stato (con dimostrazione); l entropia di un sistema isolato per trasformazioni reversibili ed irreversibili; l entropia di alcune trasformazioni irreversibili: il passaggio di calore spontaneo l espansione libera; in quale caso l entropia può diminuire in una trasformazione isoterma reversibile; il secondo principio della termodinamica: il quarto enunciato; l entropia e la probabilità termodinamica; macrostato e microstati; probabilità classica e probabilità termodinamica; equazione dell entropia di Boltzmann;

6 entropia e disordine; terzo principio della termodinamica: legge di Nerst. Le onde elastiche: definizione di onda; l onda trasporta energia e non materia; onde generate su una corda; onde trasversali e longitudinali; fronte d onda e raggio per sorgenti puntiformi e lineari; fronte d onda e raggio per onde uni-bi-tri-dimensionali; classificazione delle onde rispetto al mezzo in cui si propagano; classificazione delle onde rispetto alla direzione di vibrazione e propagazione; classificazione delle onde rispetto alla forma del fronte d onda; le onde periodiche; grandezze caratteristiche dell onda; la velocità di propagazione; le onde armoniche; le onde armoniche progressive e regressive (con dimostrazione); le onde armoniche in un punto fissato ed in un istante fissato; il significato della fase iniziale (con dimostrazione); la riflessione di un onda e legge della riflessione; la rifrazione di un onda e legge di Snell; la rifrazione dell onda in un liquido in presenza di differenti profondità; il principio di sovrapposizione; l interferenza: costruttiva e distruttiva; l interferenza di onde armoniche su una retta: equazione dell onda risultante (con dimostrazione); condizioni per l interferenza costruttiva e distruttiva in funzione della differenza di fase;

7 lo sfasamento; l interferenza in un piano e nello spazio; condizioni per ottenere l interferenza; l interferenza costruttiva e distruttiva in funzione della differenza di cammino. Testo di riferimento: L Amaldi per i licei scientifici.blu vol. 1 e 2 Autore: Ugo Amaldi Editore: Zanichelli Slide in formato power point preparate dal docente e rese disponibili agli studenti. Studenti Docente