CORSO DI FISICA TECNICA Richiami di Fisica, Meccanica e Termodinamica – Introduzione al Corso Prof. Ing. Giulio Vannucci
CORSO DI FISICA TECNICA
Richiami di Fisica, Meccanica e Termodinamica – Introduzione al Corso
Prof. Ing. Giulio Vannucci
RICHIAMI DI FISICA, MECCANICA E TERMODINAMICA
•Nozioni di unità di misura
•Elementi di fisica-meccanica.
•Concetti di massa, peso specifico, volume.
•Forza e pressione, lavoro ed energia.
•Strumenti di misura
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La materia
STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
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STRUTTURA DELLA MATERIA
solido ha volume e forma propria
il liquido ha volume proprio mentre la forma è quella del
recipiente che lo contiene
il gas tende a riempire tutto lo spazio a disposizione
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UN GAS PERFETTO è UN GAS IDEALE CHE HA LE
MOLECOLE CHE LO COMPONGONO COMPLETAMENTE
LIBERE.
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Interpretazione Molecolare della pressione
Le molecole di un gas esercitano una forza sulle pareti del
contenitore :
Le molecole urtano le pareti interne del recipiente. Un
numero enorme di urti nell’unita’ di tempo viene misurato
come pressione
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GLI STATI DELLA MATERIA
l’esistenza dei tre stati è dovuta alla competizione tra
l’energia di legame che tiene unite le molecole e l’energia
cinetica che dipende dalla temperatura e tende a
distanziare le molecole
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I passaggi di stato
Il processo attraverso il quale una sostanza soggetta a variazione di
pressione e/o temperatura passa da uno stato di aggregazione
all’altro si chiama passaggio di stato
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Riscaldamento di un pezzo di ghiaccio
Caratteristiche dell’acqua
L'acqua allo stato liquido presenta diverse anomalie:
punto di ebollizione molto alto;
volume molare piuttosto basso;
calore specifico elevato con un minimo a 35 °C;
viscosità che presenta un minimo alle alte pressioni;
un punto di massimo nel diagramma densità-temperatura,
per cui al di sotto della temperatura di massimo il liquido
diminuisce di volume all'aumentare della temperatura.
Inoltre durante il processo di congelamento si ha un
notevole aumento di volume.
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ACQUA=ossigeno+idrogeno
L'acqua è una sostanza anfotera, ovvero capace di
comportarsi sia da acido che da base.
A pH 7 (condizione di neutralità) la concentrazione di ioni
idrossido OH- è uguale a quella di ioni idrogeno H+ (o idronio
H3O+).
Quando questo equilibrio viene alterato, la soluzione diventa acida
(maggiore concentrazione di ioni idrogeno) o basica (maggiore
concentrazione di ioni idrossido)
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L'acqua come solvente
Miscuglio omogeneo (soluzione) di
acqua e sale Chimicamente l'acqua è
un buon solvente.
Una soluzione si differenzia da una generica
dispersione perché il soluto è disperso nel
solvente a livello di singole molecole o ioni,
ciascuno di essi circondato da molecole di
solvente (si parla più precisamente di
solvatazione).
Nell'ambito delle soluzioni, si usa chiamare
soluto (o fase dispersa) la sostanza (o le
sostanze) in quantità minore e solvente (o fase
disperdente o fase continua) la sostanza in
quantità maggiore.
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L'acqua nell'industria
L'acqua è usata in numerosi processi ed apparecchiature
industriali, quali ad esempio il motore a vapore, i generatori di
vapore, gli scambiatori di calore ed i radiatori, nonché nei
processi dell'industria chimica.
Infatti, grazie alle sue proprietà chimiche, l acqua costituisce
l'ambiente di reazione e dissoluzione di molte sostanze, e, per
le sue caratteristiche termiche, è un ottimo fluido trasportatore
di calore.
Inoltre l'acqua viene impiegata per la produzione di energia
nelle centrali idroelettriche.
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VOLUME SPECIFICO ACQUA
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Calore
Il calore è energia termica che possiedono le molecole e
in forza della quale vibrano velocemente attorno alla
loro posizione.
EFFETTO DEL CALORE SULLA MATERIA
1. il calore provoca la dilatazione della materia, cioè un
aumento di volume.
2. l’aumento di volume varia a seconda della materia.
3. esistono tabelle di dilatazione lineare e di dilatazione
cubica
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DILATAZIONE DELL'ACQUA
Ad ogni variazione positiva di temperatura durante
la fase di preriscaldamento dell'impianto l'acqua
aumenta di volume.
Si può dire che l'acqua riscaldandosi si dilata di
circa il 4% del suo volume.
L espansione dell acqua non è rettilinea, cioè
uniforme come per altri liquidi ma si distende in
minor misura da 4 °C a 50 °C, che da 50 °C a 100
°C Da O°C a 4°C l’acqua si contrae invece di
dilatarsi
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Un corpo si dice sollecitato a trazione quando due forze di
uguale intensità sono dirette lungo l’asse geometrico del
corpo e tendono ad allungarlo
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Un corpo si dice sollecitato a compressione quando due
forze di uguale intensità sono dirette lungo l’asse
geometrico del corpo e tendono ad accorciarlo
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Un corpo si dice sollecitato a flessione quando la forza
applicata tende a piegarlo o a fletterlo. La direzione della
forza è perpendicolare all’asse del pezzo e giace nel piano
passante per l’asse geometrico stesso.
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Un corpo si dice sollecitato a flessione quando è sottoposto a
una forza che tende a far ruotare una sezione del pezzo
rispetto alla sezione immediatamente adiacente. Le forze
giacciono sul piano perpendicolare all’asse del pezzo e
tendono a torcerlo.
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Un corpo si dice sollecitato a taglio quando è sottoposto a una
forza applicata soltanto su una parte del corpo stesso, che
tende, di conseguenza, a scorrere rispetto all’altra parte,
mantenuta fissa da una forza.
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La dilatazione cubica dei solidi
Nel caso in cui il solido si sviluppi in modo analogo in tutte e tre le
direzioni spaziali cioè le sue tre dimensioni abbiano lo stesso ordine
di lunghezza spaziali, grandezza, allora occorre una legge che ci
dia la variazione di volume in funzione della variazione di
temperatura.
Nel fenomeno della dilatazione cubica dei solidi la variazione di
volume, in modo analogo a quella lineare:
□ è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura;
□ è direttamente proporzionale al volume iniziale;
□ dipende dalle caratteristiche della sostanza.
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LA PRESSIONE
La forza totale esercitata sulla superficie divisa la grandezza della
superficie è definita pressione
La pressione risulta quindi essere la forza che si esercita sull’unità di superficie.
La pressione è data dalla forza divisa la superficie su cui agisce. La
superficie è la parte di piano, entità a due dimensioni, sulla quale la
forza agisce.
Se la superficie diminuisce di dieci volte la pressione aumenta di dieci volte e viceversa
Se la forza aumenta di dieci volte la pressione aumenta di dieci volte e
viceversa
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Pressione = Forza / AreaP = F/A
unita’SI :
1 Nt/m2 = 1 Pascal (Pa)
1 bar = 1,02 kg/cmq
1 Pa = 1 N/m2 = 0,102 kg/10000cmq = 0,0000102 kg/cmq = 0,00001 bar
1 Mpa = 1000 kPa = 10 bar
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UNITA’ DIMISURA DIPRESSIONE
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MANOMETRO BOURDON
E' il tipo piu' diffuso ed è costituito da un tubo di forma
ellittica schiacciata e piegato ad arco. una estremità è posta a diretto contatto con la pressione
che deve essere misurata e l' altro e' collegato , tramite leve e meccanismi, alla lancetta indicatrice. Nel caso del generatore di vapore , la pressione schiaccia
il tubo e di conseguenza la lancetta ruota su una scala graduata che indica la pressione rilevata.
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MANOMETRO SCHAEFFER
E' costituito da una membrana metallica sulla quale agisce
la pressione che la fa flettere , tramite un meccanismo la flessione della membrana determina il movimento della lancetta indicatrice sulla scala.
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NORME RELATIVE AI MANOMETRI
GRAZIE PER L’ATTENZIONE