Fisica tecnica ambientale
ING-IND/11
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L’insegnamento ha carattere in parte propedeutico, per completare le conoscenze di base acquisite nel corso di Fisica generale o applicata, ed in parte formativo, per fornire quelle basi culturali necessarie alla comprensione dei principi fondamentali della termodinamica e del trasferimento di energia sotto forma di calore.In particolare saranno affrontati i seguenti argomenti: la trasmissione del calore; i sistemi e i processi termodinamici; le macchine frigorifere; la climatizzazione degli ambienti e il benessere termoigrometrico; principi di illuminotecnica e acustica.L’insegnamento sarà proposto in modo da portare gli allievi ingegneri ad assimilare i concetti fisici e le metodologie fondamentali delle disciplina, le definizioni operative delle grandezze fondamentali, gli ordini di grandezza, in modo da poter costruire su basi solide e non mnemoniche la preparazione fisico-tecnica necessaria per gli approfondimenti dei corsi successi. Ove possibile saranno proposti e discussi casi studio di reali problemi ingegneristici che saranno utilizzati come supporto e motivazione all’acquisizione dei concetti di teoria.
Conoscenza e comprensione
Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte delle tecniche descritte nell'insegnamento è necessario aver sostenuto con successo gli esami di:- Matematica I- Matematica II- Matematica III- Fisica generale o ApplicataGli argomenti trattati nell'esame di Fisica Tecnica Ambientale richiedono di avere la capacità di:- Conoscere lo studio delle funzioni nel piano;- Risolvere equazioni differenziali;- Conoscere l'algebra degli operatori differenziali; Tali conoscenze rappresentano un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia superare il corso con profitto.
CONCETTI INTRODUTTIVI [*]Unità di misura. Conversione delle unità di misura più ricorrenti. Costanti fisiche notevoli e universali. Valori comuni di alcune proprietà termofisiche dei corpi. Unità di misura delle grandezze derivate. Sistema Tecnico(videolezione “Fisica tecnica”)TERMODINAMICA [*]Inizi e sviluppi della Termodinamica, Calore e Temperatura, Termometria. Sistemi e trasformazioni: Definizioni, Espressione del lavoro, Funzioni di stato e funzioni di trasformazione. – Il primo principio della termodinamica: Il Primo Principio per il sistema termodinamico classico, L’energia interna, L’entalpia, Calore specifico, Esperimento di Joule, Sistema dinamico chiuso, Sistema dinamico aperto. – Il secondo principio della Termodinamica: Enunciato di Kelvin, Ciclo di Carnot, Enunciato di Kelvin ed enunciato di Clausius, Teorema di Carnot, Scala termodinamica assoluta, Entropia, Piano di Gibbs. (videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte I-II-III”)PROPRIETÀ TERMODINAMICHE DELLE SOSTANZE [*]Proprietà termodinamiche delle sostanze: Passaggi di fase, Rappresentazioni grafiche dell’equazione di stato, Vapori saturi, Rappresentazione sul piano di Gibbs, Diagramma entalpico di Mollier.(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte IV”)CICLI TERMODINAMICICicli termodinamici: Frigorifero a compressione di vapori, Il piano di stato (i,p), Frigorifero ad assorbimento, Macchina Termica, Rendimento termodinamico, Ciclo di Carnot, Ciclo di Carnot – inverso, Teorema di Carnot, Scala termodinamica assoluta, Macchine frigorifere, Il piano di stato (i, p), Ciclo frigorifero a compressione di vapore, L’organo di laminazione, I fluidi refrigeranti.(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte III-V”)ARIA UMIDA [*]Aria umida: Definizioni, Diagramma psicrometrico di Mollier, Operazioni con l’aria umida, Misura dell’umidità, Psicrometro, Condizionamento dell’aria(videolezione “Fondamenti di termodinamica Parte VI”)TECNICA DEL CONTROLLO AMBIENTALE [*]Comfort termico, Sistema di termoregolazione, Equilibrio termico, Metabolismo, Lavoro esterno, Perdita di calore per evaporazione, e respirazione, Conduzione termica attraverso i vestiti, Scambio termico per radiazione, Condizioni di comfort termico, Equazioni del comfort termico, Gli indici PMV e PPD, FLOW CHART per il calcolo del PMV(videolezione “Tecnica del controllo ambientale - Fondamenti”)TRASMISSIONE DEL CALORE [*]La Conduzione: - Il postulato di Fourier, La conduttività termica, L’equazione di Fourier, Problemi stazionari, Strato piano indefinito, Parete piana a più strati, Conduzione nello strato cilindrico, Strato cilindrico multiplo. La convezione: Moto dei fluidi reali, Cinematica delle correnti fluide, Viscosità, Moto laminare e moto turbolento, Numero di Reynolds, Strato limite, Strato limite termico, Correnti interne, Similitudine e numeri adimensionali, Espressioni del coefficiente convettivo. L’irraggiamento termico: Richiami sulle radiazioni elettromagnetiche, Emissione delle radiazioni, Propagazione e assorbimento della radiazione, Il corpo nero, Scambi termici tra due superfici nere.(videolezione “Trasmissione del calore Parte I-II-III-IV-V-VI-VII”)PRINCIPI DI ILLUMINOTECNICAProblematiche generali relative all’illuminazione naturale ed artificiale, anatomia e fisiologia dell'occhio, elementi di fotometria, grandezze fotometriche, Colorimetria, legge di Grassmann, le coordinate tricolori metri che, scala internazionale assoluta delle temperature, tipologie di lampade.(videolezione “Illuminotecnica Parte I-II-III-IV-V”)PRINCIPI DI ACUSTICANozioni di base di acustica, pressione acustica, potenza acustica, densità di energia acustica, intensità acustica, la velocità del suono, i suoni composti, il decibel, Campo libero, Campo riverberante, L'orecchio umano, sensazione uditiva, impatto del rumore sull'uomo, materiali fonoisolanti, analisi statistica, il tempo di riverberazione.(videolezione “Acustica Parte I-II-III-IV-V”)ESERCITAZIONI(videolezione “Esercitazioni Parte I-II-III-IV-V”)
Didattica ErogativaL'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.Didattica InterattivaL'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l'interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica Interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione.
L’esame si svolge in forma scritta e/o orale. La prova ha una durata massima di 120 minuti e consiste di: - due esercizi sui seguenti argomenti: termodinamica, trasmissione del calore, trasformazioni delle miscele d’aria umida, acustica;- una domanda aperta sugli argomenti del corsoNella formulazione del voto finale, si terrà conto della correttezza del procedimento e dell'esecuzione dei calcoli, della chiarezza di esposizione, della preparazione sui temi trattati nel programma e della padronanza della materia.Durante la prova non si possono portare libri o testi di alcun tipo o appunti del corso. Può essere consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile.
L’esame si svolge in forma scritta e/o orale. La prova ha una durata massima di 120 minuti.Sono proposti in piattaforma dei test di verifica e autovalutazione erogati in modalità distance learning, che corredano le videolezioni, tramite i quali ogni studente può valutare sia la comprensione, sia il grado di conoscenza acquisita dei vari contenuti e prendere coscienza di quali siano, eventualmente, i propri punti deboli e le lacune sui vari argomenti del programma. I test di verifica e autoverifica intermedie non sono obbligatori ai fini del sostenimento della prova d’esame, però sono consigliate per un’autovalutazione della propria preparazione
Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio dei seguenti testi:
Previo appuntamento (u.dimatteo@unimarconi.it)