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09/02/2014 p. i. Marco Masi 1 Abilitazione alla Conduzione di Impianti Termici Civili P>232kW (D.M. 12.8.68) (DLGS n°152 del 3.4.2006 art.287) Corso di Formazione Modulo 2 NOZIONI DI FISICA E TERMODINAMICA

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09/02/2014 p. i. Marco Masi 1

Abilitazione alla Conduzione di Impianti Termici Civili P>232kW

(D.M. 12.8.68) (DLGS n°152 del 3.4.2006 art.287)

Corso di Formazione

Modulo 2

NOZIONI DI FISICA E TERMODINAMICA

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

TEMPERATURA

La temperatura è la proprietà che caratterizza lo stato termico didue sistemi in relazione alla direzione del flusso di calore e chequindi regola il trasferimento di energia termica o calore, da unsistema ad un altro. Quando due sistemi si trovano in equilibriotermico cioè alla stessa temperatura, non avviene nessuntrasferimento di calore. Quando esiste una differenza ditemperatura, il calore tenderà a muoversi dal sistema che diremo atemperatura più alta verso il sistema che diremo a temperatura piùbassa, fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.Semplificando si può definire la temperatura come il “livello dicalore o energia termica scambiato tra due sistemi”.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

UNITA’ DI MISURA DELLA TEMPERATURA

Sistema Internazionale

Kelvin , simbolo = K.

La temperatura in K si rappresenta con = T.

Sistema Tecnico

Gradi centigradi , simbolo = °C. Simbolo = t.

La temperatura in°C si rappresenta con = t.

Corrispondenza tra T e t

T = t + 273

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

CALORE

In fisica, in particolare in termodinamica, il calore è iltrasferimento di energia termica tra due sitemi (es. corpo eambiente) in virtù di una differenza di temperatura o di uncambiamento di fase.Semplificando si può definire il calore come la “quantità di energiatermica scambiata tra due sistemi”.Quando il calore si manifesta con una variazione di temperaturaprende il nome di calore sensibile, quando con un passaggio di faseprende il nome di calore latente.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

UNITA’ DI MISURA DEL CALORE

Sistema Internazionale

Joule , simbolo J, è 1 N * m (newton metro)

Sistema Tecnico

caloria, simbolo c, è definita come la quantità di calore necessaria aportare la temperatura di un grammo di acqua distillata, sottopostaalla pressione di 1 atm, da 14,5 °C a 15,5 °C.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

TRASMISSIONE DEL CALORE

Il trasferimento di calore può avvenire per conduzione,convezione e irraggiamento.

Convezione

IrraggiamentoConduzione

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

Il trasferimento del calore tra sistemi può avvenire:- per conduzione :in un corpo solido o fra corpi solidi a contattocausato per urti, di energia cinetica tra le molecole. Nellaconduzione viene trasferita energia attraverso la materia, ma senzamovimento della stessa;- per convezione : in fluido o in un areiforme dovuta al naturaleprodursi di correnti calde e fredde, dovute a diversità ditemperatura e quindi di densità nelle regioni di fluido coinvolte nelfenomeno;- per irraggiamento : causato dall’emissione, propagazione eassorbimento di onde elettromagnetiche.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

PRESSIONE

La pressione è il rapporto tra una forza (quindi anche il peso) e unasuperficie.

p = F / A (N / m2)

UNITA’ DI MISURA DELLA PRESSIONE

Sistema Internazionale

Pascal , simbolo Pa, è 1N / 1m2.

“Impiego” Internazionale

Bar = 100 kPa = 100.000 Pa

Sistema Tecnico

Kilogrammo forza al mq , simbolo kgf/mq, è 1kgf / 1m2.

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NozNozioni di Fisica e Termodinamica

“Impiego” Tecnico

Atmosfera tecnica, simbolo At, è 1kgf / 1cm2.

Ate è l’atmosfera tecnica effettiva , cioè misurata da un manometro alnetto della pressione atmosferica. Ata è l’atmosfera tecnica assoluta ,cioè (al lordo) tiene conto della pressione atmosferica. La pressione èanche misurata in relazione alla pressione atmosferica che corrispondead 1 Atm, cioè atmosfera fisica o normale che vale 1,033 kgf/cm2 =10,33 ton/m2. Le conversioni tra sistema tecnico e internazionale sono:

-1kgf (forza o peso) = 9,80665 N (1kg * 9,8m/s2)

- 1 At (1kgf /cm2) = 98.066,5 (Newton/m2 ) cioè Pa

- 1 Atm (1,033kgf /cm2) = 101.325 Pa

- mm H20 millimetri di colonna d’acqua = 9,80665 Pa

- mm Hg millimetri di colonna di mercurio = 133,322 Pa

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

PRESSIONE ATMOSFERICA

La pressione atmosferica è la conseguneza dell’esercizio della forzapeso dell’aria sulla superficie dei corpi.

La pressione atmosferica convenzionale è valutata al livello del mare, a0°C ed a latitudine di 45° ed è pari a 760 mm di colonna di Hg. Quindi:

0,760 mHg * ps 13 596 kgf/m3 = 10 332,96 kgf/m2 = 1,0332kgf/cm2 (Atm)

10 332 kgf/m2 * 9,807 N/kgf = 101 325 Pa = 101,325 kPa

quindi circa 101 kPA nel SI

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Nozioni di Fisica e Termotecnica

FORZA

Una forza è una grandezza fisica la cui caratteristica è quella diindurre una variazione dello stato di quiete o di moto dei corpi.Nel caso la massa del corpo sia costante, la formula con la quale sipuò rappresentare è:

L'unità di misura della forza nel SI è il Newton, definito come:

Tenendo conto del 2º principio della dinamica, possiamo quindiaffermare che una forza di 1 N imprime ad un corpo con la massa di 1kg l’accellerazione di 1 m/s².

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

LAVORO

Il lavoro , in fisica, è l’applicazione di una forza su un corpo che neprovoca la variazione di energia cinetica lungo un generico percorso.

UNITA’ DI MISURA DEL LAVORO

Sistema InternazionaleJoule : che corrisponde allo spostamento di un metro di una forza diun newton: 1 N * m = 1 J

1J = 1N * m = 1 kg * m/s2 * m = 1 kg * m2/s2

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

POTENZA

La potenza in fisica è definita come il lavoro (L) compiuto nell'unità ditempo(t):

UNITA’ DI MISURA DELLA POTENZA

Sistema InternazionaleWatt (W) : rapporto tra unità di energia in jolule (J) e unità ditempo in secondi (s).

.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

ENTALPIA

L'entalpia, solitamente indicata con H, è una funzione di stato cheesprime la quantità di energia che un sistema termodinamico puòscambiare con l'ambiente. L'entalpia è definita dalla somma dell'energiainterna e del prodotto tra volume e pressione di un sistema. Per letrasformazioni che avvengono a pressione costante in cui si ha sololavoro di tipo meccanico la variazione di entalpia è uguale al calorescambiato dal sistema con l'ambiente esterno.

L'entalpia si misura in joule (SI, Sistema internazionale) o in calorie.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

ENTROPIA

In fisica l'entropia è una grandezza che viene interpretata come unamisura del disordine di un sistema fisico o più in generale dell'universo.Viene generalmente rappresentata dalla lettera S. In termodinamicaclassica, S è una funzione di stato, che quantificando l'indisponibilità diun sistema a produrre lavoro. Quando un sistema passa da uno statoordinato ad uno disordinato la sua entropia aumenta, questo fattofornisce indicazioni sulla direzione in cui evolve spontaneamente unsistema.

Nel Sistema Internazionale si misura in joule su kelvin (J/K).

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Quando un corpo viene posto a contatto con un altro corporelativamente più freddo, avviene una trasformazione che porta a unostato di equilibrio, in cui sono uguali le temperature dei due corpi.

Il primo principio è dunque un principio di conservazione dell'energia.In ogni macchina termica una certa quantità di energia vienetrasformata in lavoro: non può esistere nessuna macchina che producalavoro senza consumare energia. Una simile macchina, se esistesse,produrrebbe infatti il cosiddetto moto perpetuo di prima specie.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Questo principio tiene conto del carattere di irreversibilità di moltieventi termodinamici, quali ad esempio il passaggio di calore da uncorpo caldo ad un corpo freddo. Nella formulazione di Clausius, siafferma che è impossibile realizzare una trasformazione il cui unicorisultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno piùcaldo. Nella formulazione di Kelvin-Planck, si afferma che è impossibilerealizzare una trasformazione il cui unico risultato preveda che tutto ilcalore assorbito da una sorgente omogenea sia interamentetrasformato in lavoro. Non è possibile - nemmeno in linea di principio -realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.Nella fisica moderna però la formulazione più ampiamente usata èquella che si basa sulla funzione entropia: in un sistema isolatol'entropia è una funzione non decrescente nel tempo.

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TERZO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Come il secondo principio, a cui è strettamente legato, questo stabiliscel'impossibilità di una certa classe di fenomeni: la formulazione classicadi questo principio afferma che non è possibile raggiungere lo zeroassoluto tramite un numero finito di operazioni (ovvero ditrasformazioni termodinamiche).

Un'altra formulazione più moderna, ma equivalente, afferma che nellostato a minima energia l'entropia ha un valore ben definito che dipendesolo dalla degenerazione dello stato fondamentale.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

LEGGE DI TORRICELLI

La legge di Torricelli afferma che la velocità di un fluido in uscita da unforo (di sezione molto piccola) è pari al alla radice quadrata del doppioprodotto dell'accelerazione di gravità e della distanza "h" fra il pelolibero del fluido e il centro del foro che è stato praticato:

Pertanto riveste importanza la sua applicabilità nel calcolo della portata di un fluidoin un circuito aperto che fuoriesce da un orifizio “tarato” ossia la cui area è nota, ades. prova della portata per un circuito di estinzione incendi ad idranti.

Difatti:Velocità (m/sec) x Area (mq) = Portata mc/h

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

PRINCIPIO DI BERNOULLI

Il principio di Bernoulli, stabilisce che per un fluido ideale su cui nonviene applicato un lavoro, per ogni incremento della velocità si hasimultaneamente una diminuzione della pressione o un cambiamentonell' energia potenziale gravitazionale del fluido.

Questo principio è un'applicazione pratica dell'Equazione di Bernoulli,sotto riportata, che stabilisce che la somma di tutte le forme di energiadi un fluido ideale che scorre lungo un percorso chiuso (linea di flusso)è identica in qualsiasi due punti del percorso.

in cui:

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

v rappresenta la velocità del fluido lungo la linea di flusso

g è l'accelerazione di gravità,

h è la quota altimetrica,

P rappresenta la pressione lungo la linea di flusso,

ρ è la densità del fluido.

Riferito ad un elettropompa per esempio a bocca chiusa V = 0 si ha lapressione massima.

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Nozioni di Fisica e Termodinamica

ALLEGATO

Nozioni di Fisica e Termodinamica.pdf

Trasmissione del Calore.PDF

Focus = PRESSIONE ATMOSFERICA.pdf

Elementi di Fisica Generale.pdf

Libro di Testo

HOEPLI Cap_1 Nozioni di Fisica e Chimica.pdf