Termodinamica

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
56
Ore totali
SSD
FIS/01 FIS/07
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire conoscenze dei principi base della Termodinamica, e del significato di alcune grandezze fondamentali, fra cui calore, temperatura, energia interna, entropia e funzioni termodinamiche. Scopo del corso è anche quello di mostrare l'applicazione della termodinamica a sistemi notevoli, descrivere i modelli elementari per le transizioni di fase e introdurre le basi della meccanica statistica classica.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento lo studente avrà acquisito le seguenti abilità:
- conoscerà i principi della Termodinamica;
- saprà applicare i concetti e le tecniche acquisite a sistemi notevoli;
- sarà in grado di impostare e risolvere problemi tipici di sistemi termodinamici;
- saprà applicare in modo adeguato le funzioni termodinamiche;
- sarà in grado di analizzare le transizioni di fase con i potenziali termodinamici;
- saprà applicare i concetti basilari della meccanica statistica classica.
Programma e organizzazione didattica

CORSO A

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Il corso potrà essere erogato interamente da remoto se permanessero le limitazioni alla mobilità legate all'emergenza sanitaria. Le lezioni verranno offerte in aule virtuali (piattaforma ZOOM) in collegamento sincrono, con la possibilità di interazione in tempo reale tra gli studenti e il docente.
Si prevederanno anche, se possibile, sessioni in presenza per lezioni frontali. Questa possibilità sarà concordata per gli aspetti di orario e logistici con gli studenti.
Programma
1) Calore, freccia del tempo.
2) Teoria Cinetica dei Gas
3) Statica e Dinamica dei fluidi
4) Meccanica statistica classica, equilibrio statistico, temperatura, gas perfetto, termometri, Principio zero della termodinamica
5) Postulato fondamentale della termodinamica, Entropia
6) Trasformazioni termodinamiche, reversibilità
7) Primo principio della termodinamica
8) Secondo e terzo principio della termodinamica, coefficienti calorimetrici. Macchine termiche
9) Funzioni termodinamiche, proprietà legate all'estensività
10) Evoluzione e ricerca dell'equilibrio in sistemi isolati
11) Evoluzione e ricerca dell'equilibrio per sistemi interagenti
12) Condizioni di stabilità dell'equilibrio
13) Fluidi puri omogenei
14) Equazioni di stato, gas perfetto e gas reali, interazioni fra molecole
15) Equazione di stato di van der Waals
16) Coesistenza e cambiamenti di fase di corpi puri; equazione di Clausius-Clapeyron
17) Analisi teorica delle transizioni di fase con potenziali termodinamici ed equazioni di stato. Funzioni risposta.
18) Radiazione di corpo nero
19) Trasmissione del calore.
Prerequisiti
Conoscenze di base di meccanica e teoria cinetica dei gas. Conoscenze di base di analisi matematica.
Metodi didattici
Insergnamento frontale ed esercitazioni frontali alla lavagna
Materiale di riferimento
E. Fermi, Termodinamica
R. P. Feynmann, Lectures on Physics
B. Diu et al. Thermodynamique (in francese)
H. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics (in inglese)
M. Alonso, E. J. Finn, Fundamental University Physics III - Quantum and statistical physics (in inglese)
M. W. Zemansky, R.H. Dittman, Heat and Thermodynamcs (in inglese)
C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica-Termodinamica
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame scritto più orale. Durante il corso si terranno due prove in itinere, circa a metà programma e a fine corso che, se entrambe superate varranno l'accesso diretto alla prova orale. La prova orale riguarda il programma svolto e ha durata tipica di 45 minuti.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 0
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 0
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Docente: Rossi Giorgio

CORSO B

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Le lezioni si terranno sulla piattaforma Zoom e potranno essere seguite in sincrono sulla base dell'orario del secondo semestre. Le registrazioni saranno reperibili sul sito Ariel (https://solivarest.ariel.ctu.unimi.it). Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni. Gli esami a distanza saranno svolti con l'utilizzo della piattaforma Exam.net e Zoom. Le prove scritta e orale non subiranno variazioni.
Programma
1. Il principio zero della termodinamica
2. La dilatazione termica
3. Il calore
4. La teoria cinetica dei gas
5. Il primo principio della termodinamica
6. I gas ideali
7. Il trasferimento di calore
8. Il secondo principio della termodinamica
9. L'entropia
10. L'equazione di Boltzmann
11. I gas reali
12. I potenziali termodinamici
13. La meccanica statistica
14. I postulati fondamentali della termodinamica
15. Le transizioni di fase
16. La costante dell'entropia

Il programma dettagliato è reperibile sul sito Ariel dedicato (https://solivarest.ariel.ctu.unimi.it).
Prerequisiti
Conoscenza della meccanica classica e degli argomenti trattati nei corsi di Analisi Matematica I e II.
Metodi didattici
Lezioni ed Esercitazioni.
Materiale di riferimento
- Il materiale per l'insegnamento (slides, appunti,...) è reperibile sul sito Ariel (https://solivarest.ariel.ctu.unimi.it).
- E. Fermi, Termodinamica.
- M. Planck, Treatise on Thermodynamics.
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica Vol. 1.
- H. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Durante l'insegnamento si terranno due prove scritte in itinere, una circa a metà programma e una alla fine. Nelle prove lo studente deve dimostrare di avere acquisito dimestichezza con i concetti introdotti durante l'insegnamento e di saperli applicare per risolvere problemi specifici di termodinamica. Se entrambe le prove scritte in itinere sono superate, si ottiene l'accesso diretto all'esame orale finale, che consiste in un colloquio di circa mezz'ora in cui vengono discussi eventuali passaggi non chiari degli scritti e lo studente deve mostrare di avere acquisito i concetti fondamentali della Termodinamica e il loro significato fisico.
Lo studente che non ha superato le prove in itinere deve sostenere una prova scritta della durata di circa un paio di ore in cui deve risolvere i problemi di Termodinamica proposti applicando i concetti e la metodologia appresa durante l'insegnamento. Anche in questo caso, superata la prova scritta, si accede all'esame orale descritto sopra.
La prova scritta sarà comune alle diverse edizioni dell'insegnamento, mentre la prova orale verrà sostenuta con il docente specifico di ogni insegnamento. Durante gli esami scritti e orali si valuterà la correttezza dell'approccio e della metodologia, ma anche il senso critico mostrato dallo studente.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 0
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 0
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore

CORSO C

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Le lezioni si terranno sulla piattaforma Zoom e potranno essere seguite in sincrono sulla base dell'orario del secondo semestre.
Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni.
Gli esami a distanza saranno svolti con l'utilizzo della piattaforma Zoom. Le prove scritta e orale non subiranno variazioni.
Programma
1) Calore, freccia del tempo.
2) Teoria Cinetica dei Gas.
3) Statica e Dinamica dei fluidi.
4) Meccanica statistica classica, equilibrio statistico, temperatura, gas perfetto, termometri, Principio zero della termodinamica.
5) Postulato fondamentale della termodinamica, Entropia.
6) Trasformazioni termodinamiche, reversibilità.
7) Primo principio della termodinamica.
8) Secondo e terzo principio della termodinamica, coefficienti calorimetrici. Macchine termiche.
9) Funzioni termodinamiche, proprietà legate all'estensività.
10) Evoluzione e ricerca dell'equilibrio in sistemi isolati.
11) Evoluzione e ricerca dell'equilibrio per sistemi interagenti.
12) Condizioni di stabilità dell'equilibrio.
13) Fluidi puri omogenei.
14) Equazioni di stato, gas perfetto e gas reali, interazioni fra molecole.
15) Equazione di stato di van der Waals.
16) Coesistenza e cambiamenti di fase di corpi puri; equazione di Clausius-Clapeyron.
17) Analisi teorica delle transizioni di fase con potenziali termodinamici ed equazioni di stato. Funzioni risposta.
18) Radiazione di corpo nero.
19) Trasmissione del calore.
Prerequisiti
Meccanica, Analisi Matematica 1 e 2.
Metodi didattici
32 ore di lezioni teoriche frontali e 20 ore di esercitazioni.
Materiale di riferimento
E. Fermi, Termodinamica
R. P. Feynmann, Lectures on Physics
B. Diu et al. Thermodynamique (in francese)
H. Callen, Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics (in inglese)
M. Alonso, E. J. Finn, Fundamental University Physics III - Quantum and statistical physics (in inglese)
M. W. Zemansky, R.H. Dittman, Heat and Thermodynamics (in inglese)
C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica-Termodinamica
S. Rosati, Fisica generale
S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, Fisica generale - Termodinamica e Fluidi
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Prova scritta con 3/4 problemi aperti di circa due ore più prova orale consistente in un colloquio di circa mezz'ora. Nelle prove lo studente deve dimostrare di avere acquisito familiarità con i concetti fondamentali introdotti durante il corso e di saperli applicare per risolvere problemi specifici di termodinamica.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 0
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 0
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Docente: Grillo Claudio
Docente/i
Ricevimento:
Venerdì, 9:30-12:30 (su appuntamento)
Dipartimento di Fisica, via Giovanni Celoria, 16, 20133 Milano
Ricevimento:
su appuntamento via e-mail
Stanza A/5/C8 - V piano edificio LITA c/o Dipartimento di Fisica (via Celoria, 16 - 20133 Milano)