Termodinamica 2 PDF

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APPUNTI TERMODINAMICA LEZIONE 2
A.A 2017/18...

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LEGGE DI FOURIER La legge di Fourier ci consente di definire l'equazione generale del flusso termico nel caso della CONDUZIONE Nel caso di FLUSSO STAZIONARIO la legge di Fourier si esprime in termini finiti come: Flusso= lamba (AT)/s Una parete con lunghezza indefinita è una parete in cui la lunghezza delle facce è molto più grande dello spessore s. Si sceglie un sistema di riferimento, in cui l'orgine del sistema si trova in corrispondenza della sorgente calda. Date le temperature T1 della sorgente calda e T2 della sorgente fredda, vogliamo determinare la temperatura di un punto interno alla parete con una distanza x rispetto all'orgine, ovvero rispetto alla sorgente calda. Si può, quindi, considerare il flusso stazionario in relazione allo spessore x, ovvero non si considera più lo spessore s, ma lo spessore x. Si deve, poi, trovare Tx, ovvero la temperatura alla quale si trova il punto x interno alla parente. Per fare ciò bisogna uguagliare flusso di x e flusso di s, in quanto se si divide lo spessore s in tanti segmenti, il flusso di un singolo segmento sarà uguale al flusso totale che passa per l'intero spessore s. Si impone, perciò, ricavare Tx grazie a dei passaggi algebrici. Noto s, noti T1 e T2, si può, quindi, determinare la temperatura di un punto x all'interno della parete. Ciò è possibile grazie al fatto che il flusso essendo stazionario flusso di x è uguale al flusso di s per l'intera parete. CONVENZIONE Nel radiatore dei termosifoni circola acqua calda, che emana calore, il quale viene assorbito dall'aria circostante. L'aria a contatto con il radiatore, essendo un gas, si riscalda, diminusce la sua densità e diventa più leggera andando in più in alto, l'aria più fredda viene cosi spinta verso il basso. La convenzione si osserva anche nel caso in cui una pentola contenente acqua viene messa sul fornello, l'acqua a contatto con il fondo della pentola si riscalda prima e, quindi, sale verso l'alto spingendo l'acqua più fredda verso il basso. Se si inverte la sorgente, ovvero se si pone la sorgente calda sulla parte alta della pentola, non si avrebbe più questa risalita di acqua calda, che si troverebbe già nella parte alta della pentola. Di conseguenza non potrebbe più agire la spinta di Archimede e si avrebbe, quindi, solo conduzione, che nei fluidi avviene in maniere minore rispetto alla convenzione. La legge della convenzione si ha Q(convenzione)/differenza di tempo, che è dimensionalmente una POTENZA, poichè è J/s. Questa legge è uguale al prodotto tra K(costante convenzione) x S(superficie) x AT Questa formula si può scrivere in maniera analoga alla legge della conduzione. Se si divide per la superficie, dipenderà solo dal coefficiente di convenzione e dalla differenza di temperatura, diventando indipendente dalla superficie e dal tempo. IRRAGGIAMENTO L'irraggiamento si basa sul passaggio di calore tramite ONDE ELETTROMAGNETICHE, che si possono propagare anche nel vuoto, dove la loro velocità di propagazione è massima. Tutti i corpi emettono radiazioni elettromagnetiche per il semplice fatto di trovarsi ad una determinata temperatura, in quanto non esistono corpi che si trovino allo zero assoluto. Esiste un legame tra lunghezza d'onda e radiazione emessa da un corpo, questo si può vedere chiariamente quando si lavora il ferro, che diventa

rosso incandescente, in quanto a quella precisa temperatura, il ferro emette onde elettromagnetiche di una precisa lunghezza d'onda, che sono visibili ai nostri occhi come rosso. Il nostro corpo che si trova generalmente ad una temperatura di 37°C emette onde elettromagnetiche che hanno la lunghezza d'onda dell'infrarosso e non possono, quindi, essere visibili ad occhio nudo. Possono essere viste solo con dei particoli occhiali. LEGGE DI STEFAN-BOLTZMANN La legge di Stefan-Boltzmann regola la potenza delle onde elettromagnetiche emesse da un corpo. Questa legge afferma che un qualsiasi corpo, dato che si trova ad una precisa temperatura, emette onde elettromagnetiche direttamente proporzionali alla quarta potenza della sua temperatura. In generale, però, i corpi non solo emettono onde elettromagnetiche, ma assorbono anche onde elettromagnetiche. Infatti, la legge di StefanBoltzmann se si considera questo aspetto, tiene conto della differenza di temperatura tra la quarta potenza della temperatura del corpo e la quarta potenza della temperatura dell'ambiente. Se la Potenza è positiva (+) --> il corpo EMETTE onde elettromagnetiche Se la Potenza è negativa (-) --> il corpo ASSORBE onde elettromagnetiche CORPO NERO Il corpo nero è un modello teorizzato in ambito fisico. Il corpo nero è un perfetto emettitore (radiatore) e allo stesso tempo è il perfetto assorbitore. Ad ogni riflessione dell'onda elettromagnetica che avviene all'interno del corpo nero, si perde parte della sua energia, fino a che l'onda elettromagnetica non viene completamente assorbita. LEGGE DI PLANCK Lo spettro è un grafico in cui in funzione di una grandezza, come la lunghezza d'onda, si rappresenta la potenza emessa. All'aumentare della temperatura, la potenza è sempre più grande. La temperatura e la lunghezza d'onda sono inversamente proporzionali, ovvero all'aumentare della temperatura, la lunghezza d'onda diminuisce....