FISICA TECNICA A
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- PATRIZIO FAUSTI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- ING-IND/11
Obiettivi formativi
- L'insegnamento si propone di fornire i fondamenti della termodinamica e della trasmissione del calore (scienze termiche) oltre ad alcuni elementi di termofisica degli edifici. L’apprendimento di questi principi fisici consentirà allo studente di comprendere i fenomeni legati agli scambi di energia tra diversi sistemi con particolare riferimento agli edifici e agli ambienti di vita, oltre ad avere una visione delle applicazioni professionali nel campo del risparmio energetico negli edifici.
Prerequisiti
- Conoscenze di Analisi matematica e di Fisica generale
Contenuti del corso
- Richiami Unità di misura
TERMODINAMICA - Richiami di termodinamica del sistema. Richiami Primo principio della termodinamica, energia interna, calore e lavoro, calore specifico, entalpia. Richiami Secondo principio della termodinamica.
Sistemi aperti: bilancio delle masse, bilancio dell’energia (primo principio sistemi aperti).
Sistemi chimicamente omogenei: proprietà termodinamiche dei liquidi e dei vapori, uso delle tabelle dei vapori saturi e surriscaldati; richiami proprietà termodinamiche e trasformazioni di gas perfetti.
Diagrammi termodinamici T-s, h-s, p-h.
Cicli termodinamici delle macchine: ciclo Rankine, ciclo delle macchine frigorifere.
Miscele di gas ideali. Miscele di aria e vapor d’acqua: titolo, grado igrometrico, entalpia, diagramma psicrometrico, trasformazioni psicrometriche, misura del grado igrometrico.
TRASMISSIONE DEL CALORE - Generalità sullo scambio termico. Scambio termico per conduzione, legge di Fourier, equazione di Fourier; conduzione stazionaria senza generazione di calore in strato piano singolo e multiplo; resistenze termiche in serie ed in parallelo; conduzione in strato cilindrico singolo e multiplo; condizioni al contorno di tipo convettivo; raggio critico di isolante; cenni alla conduzione bidimensionale, fattori di forma. Conducibilità termica: proprietà e misura. Cenni sulla conduzione in regime transitorio; regime periodico sinusoidale. Scambio termico per convezione: cenni adimensionalizzazione delle equazioni di continuità, del moto e dell’energia; similitudine; numeri adimensionali Nu, Re, Gr, Pr, Pe, Ra. Convezione naturale con temperatura costante sulla parete e con flusso di calore costante. Convezione forzata con flusso esterno ed interno. Irraggiamento: definizioni; corpo nero; leggi dell’irraggiamento; scambio di energia tra superfici completamente affacciate e parzialmente affacciate; fattori di vista; isolamento termico mediante schermi. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio; coefficiente globale di scambio termico.
TERMOFISICA DELL’EDIFICO - Umidità nelle strutture, Diagramma di Glaser; proprietà termiche delle strutture, trasmittanza di pareti opache e finestre, ponti termici. Metodi didattici
- Il modulo didattico "Fisica tecnica A" (Prof. P. Fausti), è integrato con il modulo "Fisica tecnica B" (Prof. N. Prodi). Le lezioni svolte dai docenti dei due moduli si integrano per costituire l'insegnamento da 12 CFU denominato "Fisica tecnica".
Negli anni accademici fino al 2018-2019, l'insegnamento si è svolto in presenza, mediante lezioni frontali ed esercitazioni numeriche tese a risolvere problemi concreti di termodinamica, trasmissione del calore, termofisica.
Negli anni accademici 2019-20 e 2020-21, l'insegnamento si è svolto interamente in modalità telematica, con video-lezioni ed esercitazioni.
Nell'anno accademico 2021-2022, le lezioni sono state tenute in modalità mista (in presenza e streaming), con lezioni ed esercitazioni numeriche.
Nel presente anno accademico 2022-2023, le lezioni si svolgeranno preferenzialmente in presenza. La possibilità di attivare il collegamento streaming è vincolata a specifica e motivata richiesta da parte degli studenti interessati.
Sul sito classroom del corso saranno caricati i file pdf delle lezioni e delle esercitazioni, oltre ad eventuali dispense ed altro materiale integrativo. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame relativo al modulo "Fisica tecnica A" consiste in una prova scritta ed in una orale che vengono svolte in concomitanza a quelle del modulo "Fisica tecnica B".
La prova scritta ha durata di 3 ore e consiste nella soluzione numerica di tre semplici problemi dei quali il primo sugli argomenti della termodinamica, il secondo sulla trasmissione del calore e termofisica degli edifici ed il terzo sull’acustica applicata o sull’illuminotecnica. I dati numerici dei problemi sono personalizzati tramite riferimento ad alcune cifre del numero di matricola. Per lo svolgimento del compito scritto è consentito fare uso di tavole, tabelle, libri e appunti, ma non di connessioni internet o telefoniche. Durante l'anno verranno svolte almeno 6 prove scritte (2 per ciascuna sessione).
Per l’accesso alla successiva prova orale (tipicamente programmata dopo 7 – 10 giorni dalla prova scritta) è necessario eguagliare o superare la soglia minima di valutazione pari a 15/30. Per i voti da 15/30 a 17/30 l’ammissione è con riserva, e all'orale potrà essere richiesta l'impostazione risolutiva di un problema. Per i voti dello scritto maggiori o uguali di 18/30 l’ammissione all'orale è senza riserva. Il voto della prova scritta viene considerato utile per la durata di 12 mesi dallo svolgimento della prova.
La prova orale consiste in domande sulla teoria, in numero minimo di tre, o nell’impostazione risolutiva di tipici esercizi coprendo tutti gli argomenti svolti nelle lezioni. Il voto finale viene assegnato formulando una valutazione che rispecchia il grado di preparazione riscontrato nella prova scritta ed in quella orale. Trattandosi di moduli integrati il voto viene registrato egualmente sia per il modulo "Fisica tecnica A" (Prof. P. Fausti) che per il modulo "Fisica tecnica B" (Prof. N. Prodi).
In aggiunta alle modalità classiche di svolgimento degli esami, nel periodo di lezione verranno svolte anche delle prove parziali di verifica alla conclusione di ogni ciclo di lezioni. In particolare, le prove parziali sono dedicate a tre diversi gruppi di argomenti:
- "Termodinamica"
- "Trasmissione del calore e termofisica dell’edificio"
- "Acustica applicata e Illuminotecnica".
Le prove parziali vengono programmate con largo anticipo, sono eseguite all’interno del normale orario di lezione o come recupero orario e pertanto hanno una durata di 2h e 30'. Le prove parziali possono sostituire lo scritto riepilogativo proposto all’interno delle sessioni d’esame. In questo caso le votazioni medie ottenute alle prove parziali danno l’accesso alla prova orale secondo i criteri esposti sopra. L’esito incompleto di una o più prove parziali o l’insufficienza della votazione media delle tre prove può essere migliorato utilizzando solo gli scritti di giugno e luglio. Dopo la sessione estiva le prove parziali incomplete decadono. Nell'anno accademico 2022-23, le prove parziali verranno effettuate in presenza. Ogni prova parziale richiede la soluzione di due esercizi numerici sulla tematica in esame. Testi di riferimento
- Per approfondire lo studio della parte di Termodinamica e trasmissione del calore, si indicano i seguenti testi:
A. Cocchi, Elementi di fisica tecnica ambientale, ed. Progetto Leonardo (soprattutto per alcune parti di teoria).
Y. A. Gengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill (soprattutto per esercizi e alcune parti di teoria generale).
