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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 088805 - FISICA TECNICA
Docente Salioni Alberto
Cfu 5.00 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 (356) INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI*AM088805 - FISICA TECNICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (357) INGEGNERIA ELETTRONICA*AM088805 - FISICA TECNICA
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (358) INGEGNERIA INFORMATICA*AM088805 - FISICA TECNICA
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - BV (478) NUCLEAR ENGINEERING - INGEGNERIA NUCLEARE*AZZZZ088805 - FISICA TECNICA
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (481) COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING - INGEGNERIA INFORMATICA*AM088805 - FISICA TECNICA

Obiettivi dell'insegnamento

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 adotta modalità di didattica innovativa sotto forma di quiz on-line a tempo.


Risultati di apprendimento attesi

Descrittori di Dublino

Expected learning outcomes

Conoscenza e comprensione

  • Comprendere i bilanci di massa, energia ed entropia per i sistemi termodinamici semplici;
  • Conoscere gli strumenti teorici ed empirici necessari per applicare i bilanci di massa, energia ed entropia a sistemi contenenti gas perfetti, liquidi, solidi, o fluidi bifase;
  • Conoscere i meccanismi di trasmissione del calore;
  • Orientarsi nel panorama energetico nazionale.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

  • Applicare le conoscenze termodinamiche di base a schemi di impianti semplificati per valutare le prestazioni energetiche attese;
  • Dimensionare singoli dispositivi o semplici impianti energetici;
  • Applicare strumenti matematici formali e utilizzare tabelle empiriche e relazioni sperimentali.

Autonomia di giudizio

  • Valutare la correttezza delle operazioni e dei calcoli svolti;
  • Individuare le strutture dati e le procedure più adatte per risolvere gli specifici problemi proposti;
  • Confrontare i benefici e gli svantaggi di diversi approcci energetici.

Capacità di apprendimento

  • Essere in grado di utilizzare le conoscenze e competenze apprese per affrontare in maniera metodologica problemi complessi di tipo ingegneristico e impiantistico.

Argomenti trattati

Termodinamica generale

  • 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. 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.

Termodinamica di processo

  • 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

  • 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.

Sistemi per l’energia

  • 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.

 

Didattica innovativa: tre volte durante il semestre la lezione/esercitazione si concluderà con la somministrazione di un quiz on-line a tempo, risolvibile singolarmente o in gruppo. Le domande saranno numerose, alcune di esse potranno richiedere lo sviluppo di calcoli numerici e il tempo a disposizione sarà limitato per stimolare la collaborazione e la partecipazione attiva di ciascun membro.


Prerequisiti

Nozioni di base di fisica e di analisi matematica.


Modalità di valutazione

L’esame prevede una verifica scritta su tutti gli argomenti dell’insegnamento.

Modalità di verifica

Descrizione

 

Risultato di apprendimento perseguito

Prova scritta

L’esame consiste in una prova scritta articolata normalmente in tre esercizi di tipo progettuale. Vengono normalmente assegnate due ore per lo svolgimento del tema d'esame. Durante l’esame è permesso consultare qualsiasi tipo di testo, tabella o raccolta di appunti. Ogni esercizio riporta il valore massimo che gli è attribuito. Il valore massimo è riconosciuto solo all'esercizio svolto correttamente che individua il risultato corretto dei valori delle grandezze richieste. Valori inferiori possono essere comunque riconosciuti nel caso di esercizi svolti in modo incompleto o svolti correttamente ma con errori di calcolo che ne pregiudicano il risultato finale. Le modalità di valutazione intermedia degli esercizi vengono dichiarate in sede di visione degli elaborati dopo la pubblicazione dei voti. Nella votazione finale viene tenuto in conto l’ordine, la chiarezza e i commenti dei passaggi attraverso i quali si giunge alla soluzione finale.

In seguito al superamento dell’esame, lo studente è in grado di:

  • risolvere problemi numerici derivanti dall’applicazione di bilanci e modelli matematici (DdD 1, 2);
  • interpretare la descrizione di un problema reale e tradurlo in un problema astratto matematico, e vice versa (DdD 1);
  • dimensionare semplici impianti o dispositivi (DdD 2);
  • valutare la correttezza dei risultati ottenuti basandosi, ad esempio, sugli ordini di grandezza e l’omogeneità delle unità di misura adottate (DdD 3);
  • risolvere problemi di tipo progettuale (semplificati) con l’identificazione e la valutazione di strumenti matematici o sperimentali alternativi per risolvere il problema (DdD 1,2,3 e 5).

 

1,2,3,5

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaYunus A. Cengel, J. M. Cimbala, R. H. Turner, a cura di L. Molinari, L. P. M. Colombo, A. Angelotti, , Elementi di fisica tecnica. Termodinamica applicata, meccanica dei fluidi, trasmissione del calore. , Editore: McGraw-Hill Education, 2017, ISBN: 978-88-386-1543-6

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
30:00
30:00
Esercitazione
20:00
45:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 50:00 75:00

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. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
20/01/2020