Termodinamica

A.A. 2023/2024
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.
Corso singolo

Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.

Programma e organizzazione didattica

CORSO A

Responsabile
Periodo
Secondo semestre

Programma
0. Elementi di fluidostatica e fluidodinamica
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. La costante dell'entropia
15. I postulati fondamentali della termodinamica
16. Le transizioni di fase

Il programma dettagliato è reperibile sul sito Ariel dedicato (https://solivarest.ariel.ctu.unimi.it).
Prerequisiti
Conoscenza della meccanica classica e degli argomenti trattati negli insegnamenti di Analisi Matematica I e II.
Metodi didattici
Lezioni ed Esercitazioni.
Materiale di riferimento
Dispense del corso:
-S. Olivares, Appunti di Termodinamica (Milano University Press)
Il file pdf è scaricabile gratuitamente da https://libri.unimi.it/index.php/milanoup/catalog/book/127)

Materiale di approfondimento:
- 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.
- Il materiale per l'insegnamento (slides, appunti,...) è reperibile sul sito myAriel (https://myariel.unimi.it/course/view.php?id=1714).
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'apprendimento verrà verificato mediante una prova scritta della durata di circa un paio di ore in cui si richiede di risolvere i problemi di Termodinamica proposti applicando i concetti e la metodologia appresa durante l'insegnamento. Superata la prova scritta, si accede 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.
La prova scritta sarà comune alle due edizioni dell'insegnamento, mentre la prova orale verrà in genere 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
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore

CORSO B

Responsabile
Periodo
Secondo semestre

Programma
0) Elementi di meccanica dei fluidi.
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 24 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
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 32 ore
Docente: Grillo Claudio
Docente/i
Ricevimento:
Venerdì, 14:30-17:30 (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)