L’insegnamento di Fisica tecnica mira a fornire le conoscenze di base della termodinamica tecnica e della trasmissione del calore e quelle per la loro formalizzazione in equazioni dirette alla risoluzione di semplici problemi tecnologici nel settore dell’ingegneria biomedica. Tali equazioni consistono nei bilanci di massa, di energia e di entropia per un corpo (assunto come un mezzo continuo). L’applicazione  di queste conoscenze a sistemi macroscopici costituisce la naturale premessa all'analisi dei processi energetici e termofluidodinamici che hanno luogo nei sistemi biologici e in numerose applicazioni biomediche e biotecnologiche.

Lo studente:

- sa definire le principali proprietà termodinamiche e termiche della materia (mezzo continuo);

- conosce e sa spiegare i concetti fondamentali della termodinamica tecnica;

- conosce e sa spiegare i concetti fondamentali della trasmissione del calore;

- sa scrivere e impostare i bilanci di massa, di energia e di entropia per un sistema chiuso e per un sistema aperto;

- sa utilizzare la teoria per calcolare in prima approssimazione le grandezze energetiche e termiche in problemi pratici;

- è in grado di applicare le conoscenze trasmesse a problemi di carattere biomedico

- è in grado di affrontare problemi inerenti alla fisica tecnica anche non esplicitamente trattati nell’insegnamento utilizzando i metodi appresi.

I principali argomenti trattati nell’insegnamento sono i seguenti.

Principi della termodinamica: Sistemi, stati e proprietà. Processi. Energia interna, energia disponibile, entropia. Condizioni per l'equilibrio. Equazioni di stato per sistemi omogenei: gas, liquidi e solidi. Sistemi eterogenei: transizioni di fase; diagrammi di stato.

Termodinamica tecnica: Volume di controllo; processi di flusso; equazioni di bilancio della massa, dell'energia e dell'entropia. Analisi di alcuni componenti notevoli di impianto: Turbine, pompe, compressori e scambiatori di calore. Classificazione dei cicli e dei sistemi di conversione. Psicrometria e principali trattamenti dell'aria umida.

Conduzione termica: Postulato di Fourier. Resistenze termiche e reti elettriche equivalenti. La conduzione in regime variabile a parametri concentrati.

Convezione: Convezione all'esterno di superficie e in condotti. Gruppi adimensionali caratteristici. Convezione forzata e convezione naturale. Correlazioni sperimentali per la valutazione dei coefficienti di scambio convettivo e di perdite di carico. Cenni agli scambiatori di calore.

Irraggiamento: Radiazione termica. Corpo nero. Leggi fondamentali dell'irraggiamento e proprietà radiative delle superfici. Superfici grigie. Scambio termico radiativo tra superficie grigie.

Sono necessarie e propedeutiche conoscenze elementari di analisi matematica e di fisica (meccanica).

Le prove d'esame consistono in una prova scritta sull'intero programma dell’insegnamento (della durata indicativa di due ore), nella quale si chiede di risolvere problemi numerici e di rispondere a domande su concetti fondamentali discussi nell’insegnamento. L'esame non prevede parti orali.

In sede di esame finale lo studente deve dimostrare di essere in grado di:

- utilizzare correttamente per le varie grandezze le unità di misura previste nel Sistema internazionale

- applicare metodi e strumenti propri della termodinamica tecnica e della trasmissione del calore per valutare il comportamento di sistemi, processi e componenti di apparecchiature di interesse biomedico;

- applicare metodi e strumenti propri della fisica tecnica per predire e confrontare il comportamento energetico e termico di sistemi in differenti condizioni di funzionamento tramite l’utilizzo di indicatori quali rendimento ed efficienza;

- calcolare la potenza erogata o assorbita dai principali sistemi di conversione energetica;

- calcolare la potenza termica trasmessa tra due o più corpi a differente temperatura nelle più comuni configurazioni geometriche;

- gestire risorse e tempi per completare il compito assegnato.

Consigliato

Le edizioni precedenti del testo sono altrettanto valide.