L'insegnamento presenta gli aspetti fondamentali sia concettuali che applicativi della termodinamica e della trasmissione del calore. Gli obiettivi principali sono quelli di impartire nozioni basilari sulla gestione dei bilanci di massa, energia ed entropia riferiti all’impiantistica relativa alla produzione di energia elettrica, alla motoristica a propulsione endotermica, ai dispositivi di raffreddamento e riscaldamento in uso in campo tecnico. Un altro obiettivo fondamentale è quello di trasferire le conoscenze necessarie per orientarsi nel panorama energetico nazionale ed internazionale ed intervenire con cognizione di causa nel dibattito tecnico ad esso relativo. L’insegnamento non adotta modalità di didattica innovativa.

• Introduzione al corso. Il problema dell'energia e dell'ambiente. Termodinamica ed energia. Sistemi termodinamici e trasformazioni. Grandezze e parametri di stato, temperatura e scale termometriche. Primo principio della Termodinamica. Richiami e applicazioni sulle unità di misura. Descrizione di strumenti di misura. Es. di calorimetria e termometria.

• Teoria cinetica molecolare della materia. Leggi dei gas. Applicazioni dell'equazione caratteristica dei gas perfetti. Capacità termiche massiche. Energia interna, entalpia e capacità termiche di gas e liquidi. Applicazioni del 1° Principio della Termodinamica. Primo principio della termodinamica per i sistemi aperti. Analisi termodinamica dei volumi di controllo. Conservazione della massa e dell'energia. Applicazioni del primo principio della termodinamica per i sistemi aperti.

• Introduzione al secondo principio della Termodinamica - Enunciati e loro equivalenza. Disuguaglianza di Clausius. Entropia. Applicazioni del 2° principio della Termodinamica.

• Calcolo della variazione di entropia di gas, liquidi e solidi. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Diagrammi T-s e P-v. Trasformazioni termodinamiche aperte e chiuse.

  Applicazioni relative alle trasformazioni termodinamiche aperte e chiuse. Calcolo delle irreversibilità di trasformazioni e processi.

• Proprietà delle sostanze pure. Transizioni di fase. Diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase. Rappresentazione. Proprietà dell'acqua e del suo vapore.

  Applicazioni relative alle transizioni di fase dell'acqua. Utilizzo dei diagrammi, delle tabelle delle transizioni di fase e del vapore surriscaldato.

• Ciclo di Carnot. Teoremi di Carnot, scala termodinamica delle temperature. Motori termici, macchine frigorifere e pompe di calore.

• Processi e dispositivi a flusso stazionario. Cenni ad applicazioni ai sistemi energetici con flusso stazionario.

• Cicli diretti a gas ed a vapore. Applicazioni relative ai cicli diretti (Joule, Rankine, Otto, Diesel).

• Cicli inversi. Cenni alle macchine frigorifere e pompe di calore. Applicazioni relative ai cicli inversi.

• Trasmissione del calore. Conduzione termica in regime stazionario. Conduttività termica, legge ed equazione di Fourier. Applicazioni relative alla trasmissione del calore per conduzione in geometria piana e cilindrica in casi con e senza generazione interna di potenza termica.

• Trasmissione del calore per convezione. Legge di Newton. Convezione forzata e naturale. Flusso termico su lastra piana e all'interno di tubi. Applicazioni relative alla trasmissione del calore per convezione forzata e naturale.

• Trasmissione del calore per irraggiamento. Leggi dell'irraggiamento. Proprietà radiative. Radiazione solare. Applicazioni relative alla trasmissione del calore per irraggiamento. Pareti piane e geometrie complesse.

• Energia e sviluppo. Analisi e previsione dei fabbisogni energetici per l'umanità. Fonti di energia: possibili classificazioni. Combustibili fossili: solidi, liquidi e gassosi (energia chimica), energia nucleare, energia idraulica, altre energie rinnovabili (solare, geotermica, eolica, delle maree ecc.). Riserve accertate e presunte e risorse. Soluzioni tecnologiche.

Nozioni di base di fisica e di analisi matematica.