INFORMAZIONI GENERALI

DESTINATARI
Istituto: I.P.S.I.A. – I.T.I.S.
Indirizzo: Meccanico
Classe: V
Materia: Macchine a fluido

TEMPI DI SVOLGIMENTO
Il modulo “Termodinamica” è il primo modulo che appartiene alla programmazione annuale relativa alla materia “Macchine a fluido”; pertanto viene affrontato all’inizio dell’anno scolastico e prevede un tempo di spiegazione pari a 11 ore.

PREREQUISITI

• Riconoscere le unità di misura di calore, temperatura, pressione e volume massico.
• Saper eseguire calcoli relativi alla trigonometria.
• Saper eseguire le equivalenze fra le diverse scale termometriche.
• Conoscere le definizioni di lavoro, energia e rendimento.
• Saper eseguire i calcoli riguardanti gli scambi di calore dei corpi.
• Conoscere le leggi dei gas, i particolare l’equazione di stato dei gas perfetti.

OBIETTIVI

• Riconoscere le trasformazioni termodinamiche svolte da un sistema.
• Saper rappresentare graficamente le trasformazioni nel diagramma (p,v).
• Saper calcolare i valori relativi a pressione, temperatura, volume e grandezze derivate,
  conseguenti alle trasformazioni termodinamiche.
• Saper applicare il primo principio della termodinamica alle trasformazioni termodinamiche.
• Acquisire il significato e le implicazioni del primo principio della termodinamica.
• Riconoscere i concetti di reversibilità e di irreversibilità.
• Saper spiegare il ciclo di Carnot e saperne eseguire i calcoli relativi.
• Acquisire le conoscenze riguardanti il secondo principio della termodinamica.
• Acquisire il concetto di entalpia ed entropia.
• Saper applicare le formule relative all’entropia e all’entalpia.
  
  
  CONTENUTI

MODULO: TERMODINAMICA

UNITA’ DIDATTICA 1: I SISTEMI TERMODINAMICI
1.1. I sistemi termodinamici
1.2. Le trasformazioni termodinamiche
1.3. L’equilibrio termodinamico
1.4. Il calore
1.5. Termostato o riserva di calore
1.6. L’energia interna
1.7. Il lavoro meccanico compiuto da un sistema termodinamico
1.8. Energia in transito: calore e lavoro
1.9. L’entalpia

UNITA’ DIDATTICA 2: LE TRASFORMAZIONI DEI GAS PERFETTI E IL PRIMO
PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
2.1. I principi termodinamici
2.2. Il principio zero
2.3. Il primo principio della termodinamica
2.4. Il differenziale esatto
2.5. I gas ideali
2.6. Applicazione del primo principio ai gas perfetti
2.7. L’energia interna di un gas perfetto
2.8. I calori specifici dei gas perfetti

UNITA’ DIDATTICA 3: IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA
3.1. Il secondo principio della termodinamica
3.2. Enunciati di Clausius e di Kelvin
3.3. Il terzo principio della termodinamica
3.4. L’entropia
3.5. Energia ed entropia

UNITA’ DIDATTICA 4: I CICLI TERMODINAMICI
4.1. La macchina termica
4.2. I cicli termodinamici
4.3. Il ciclo di Carnot
4.4. Il ciclo di Otto (motore a scoppio)
4.5. Il ciclo del motore Diesel
4.6. Ciclo di una macchina frigorifera o pompa di calore
4.7. Le macchine termiche e il teorema di Carnot

ESERCIZI SVOLTI
· Esercizio 1
· Esercizio 2

INTRODUZIONE

La termodinamica è quella branca della fisica che descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito ad un processo di scambio di energia con altri sistemi o con l'ambiente esterno.
La termodinamica classica si basa sul concetto di sistema macroscopico, ovvero una porzione di materia fisicamente o concettualmente separata dall'ambiente esterno, che spesso per comodità si assume non perturbato dallo scambio di energia con il sistema. Lo stato di un sistema macroscopico che si trova all'equilibrio è specificato da grandezze dette variabili termodinamiche o di stato come la temperatura, la pressione, il volume, la composizione chimica.