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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2014/2015
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 086504 - CHIMICA FISICA APPLICATA AI MATERIALI
Docente Bestetti Massimiliano
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (348) INGEGNERIA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE* AZZZZ086504 - CHIMICA FISICA APPLICATA AI MATERIALI

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

PROGRAMMA DEL CORSO 

Primo principio     

Sistema ed ambiente                

Scambi di energia         

Energia di un sistema    

Energia come funzione di stato

Lavoro   

Sistema chiuso 

Notazioni         

Proprietà intensive ed estensive           

Sistema aperto

Entalpia

Stato stazionario         

Capacità termica a volume costante     

Capacità termica a pressione costante                         

Flusso adiabatico attraverso una valvola: espansione di Joule-Thomson 

Equazione di stato        

Gas non ideali               

Compressione ed espansione adiabatica

Entalpie di formazione 

Variazione di entalpia in reazioni chimiche      

Variazione della temperatura adiabatica in reazioni chimiche 

Secondo principio                                     

Entropia come funzione di stato           

Non conservatività dell'entropia          

Bilancio di entropia nei sistemi aperti  

Sistemi adiabatici, reversibili, allo stato stazionario   

Macchine termiche

Variazioni di entropia               

Variazioni di entropia nelle reazioni chimiche e Terza Legge    57

Relazioni tra grandezze                                

Relazione tra grandezze           

Le funzioni F e G          

Potenziali chimici         

Grandezze parziali molari         

Relazioni tra grandezze derivate da U, H, F e G                      

Gas ideale         

Entropia di miscela       

Capacità termica          

Variazione della capacità termica        

Compressione isoentropica dei solidi    

Effetto termoelastico  

Compressibilità 

Equilibri fisici                                   

Condizione di equilibrio

Equazione barometrica 

Equilibri di fase

Caso speciale: sistema chiuso, volume costante

Transizioni del primo ordine: variazione della pressione di equilibrio con la temperatura        

L'equazione di Clapeyron nel caso di equilibri con fase vapore

Variazione della pressione di vapore di una fase condensata con pressione totale applicata    

Variazione della pressione di vapore con particelle nella dimensione di granuli

Transizioni di secondo ordine   

Equilibri chimici                        

Attività termodinamica            

Equilibrio chimico

Equilibrio gassoso         

Equilibrio solido-vapore

Fonti di informazione sui D  

Diagrammi di Ellingham            

Variazione della costante di equilibrio con la temperatura       

Solubilità dei gas nei metalli (legge di Sievert)

Equilibrio chimico e temperatura adiabatica di fiamma           

Soluzioni

Legge di raoult e legge di Henry

Attività termodinamica

Equazione di Gibbs-Duhem

Energia libera di Gibbs di formazione di una soluzione

Soluzioni regolari

Proprietà colligative

Regola delle fasi                        

Fasi      

Componenti

Caratterizzazione di un sistema           

Condizioni di equilibrio

Regola delle fasi di Gibbs         

Sistemi ad un componente        

Esempi  

Regola delle fasi per sistemi condensati           

Diagrammi di stato                     

Abbassamento del punto di congelamento  

Regola della leva           

Diagrammi eutettici semplici    

Curve di raffreddamento         

Miscibilità completa     

Immiscibilità    

Punti spinodali  

Diagrammi di stato peritettici              

Elettrochimica                           

Cella elettrochimica                 

Nomenclatura   

Calcolo della tensione di cella  

Direzione della reazione           

Reazioni semi-cella                   

Dipendenza della tensione dalla concentrazione: equazione di Nernst  

Diagrammi Pourbaix      

Pile di concentrazione  

Determinazione della pressione d'ossigeno       

Dipendenza della temperatura dalla tensione   

Potenziale elettrochimico         

Termodinamica statistica                

Velocità media delle molecole di un gas

Macrostati e microstati           

Sistemi isolati ed ipotesi di Boltzmann

Terzo principio 

Sistemi a temperatura costante           

Informazione ed entropia 1                  

Distribuzione di Boltzmann       

Degenerazione 1

Funzione di partizione

Distinguibilità delle particelle  

Gas ideale         

Distribuzione di Fermi-Dirac    

Capacità termica dei solidi                   

Effusione: equazione di Langmuir

Cammino libero medio

Diffusione nei gas

Difetti nei solidi

Difetti di punto nei cristalli semplici

Vacanze: verifiche sperimentali

Interazione tra vacanze e impurezze

Interazione tra imperfezioni e impurezze

Difetti elettronici

Difetti in composti ionici

Difetti di Frenkel

Difetti di Schottky-Wagner

Interazioni tra difetti

Difetti intrinseci e estrinseci nei cristalli ionici

Determinazione sperimentale del tipo di difetto

Superfici e interfacce   

Energia superficiale – Tensione superficiale

Effetto della curvatura di una superficie

Pressione di vapore

Solubilità di particelle piccole

Temperatura di fusione di particelle piccole

Misura dell'energia superficiale

Energia superficiale dei solidi

Energie superficiali relative

Bagnabilità delle superfici

Energia superficiale e segregazione di impurezze alle interfacce

(isoterma di adsorbimento di Gibbs)

Adsorbimento su solidi (isoterme di adsorbimento)

Forma di equilibrio di un cristallo

Effetto della temperatura sull'energia superficiale

Diffusione

Prima legge di Fick

Seconda legge di Fick

Effetto Kirkendall

Mobilità

Diffusione in solidi ionici

Dipendenza della diffusione dalla temperatura

Percorsi ad elevata diffusività

Trasformazioni

Tipi di trasformazioni diffusionali

Nucleazione omogenea

Distribuzione della dimensione dei nuclei

Sottoraffreddamento

Nucleazione eterogenea

Tasso di nucleazione

Crescita della fase trasformata

Trasformazioni spinodali

Cinetica di reazione

Velocità di reazione

Ordine delle reazioni

Costanti di equilibrio: relazione con le costanti di reazione

Reazioni del primo ordine

Reazioni del primo ordine con velocità diretta ed inversa

Reazioni di ordine superiore

Reazioni in serie

Dipendenza della velocità di reazione dalla temperatura

Reazioni eterogenee

Trasporto di calore

Trasmissione del calore

Meccanismi di scambio termico: introduzione

Conduzione: stato stazionario

Conduzione: stato non stazionarioConduzione: derivazione della legge di Fourier

Equazione di Fourier: casi particolari

Risoluzione dell’equazione di Fourier per lastra piana

 

RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI

Acquisizione dei concetti e degli strumenti della Chimica Fisica e della Cinetica Chimica, con particolare riferimento allo studio dei materiali. Capacità di utilizzare tali strumenti per la comprensione di fenomeni fisico-chimici e per la risoluzione di problemi numerici di impatto pratico relativi alla selezione e l'uso dei materiali.

 


Note Sulla Modalità di valutazione

La valutazione dell'allievo avviene nel seguente modo:

  • 1 prova scritta con la quale si richiede all'allievo di saper risolvere in modo esatto esercizi numerici;
  • 1 prova orale con la quale si verifica il grado di comprensione e di apprendimento dei principi e delle leggi della Chimica Fisica.

Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaD.Ragone, Termodinamica dei materiali, Editore: Casa Editrice Ambrosiana, Anno edizione: 2003
Risorsa bibliografica obbligatoriaD.Ragone, Termodinamica dei materiali, Volume II, Editore: Casa Editrice Ambrosiana, Anno edizione: 2011
Risorsa bibliografica obbligatoriaD.R.Gaskell, Introduction to the Thermodynamics of Materials, Editore: Taylor & Francis Group, Anno edizione: 2003

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
64.0
esercitazione
32.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.5 / 1.6.5
Area Servizi ICT
19/01/2021