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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
FISICA
Insegnamento
TERMODINAMICA
SCL1000346, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2017/18

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea in
FISICA
SC1158, ordinamento 2014/15, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese THERMODYNAMICS
Sito della struttura didattica http://fisica.scienze.unipd.it/2019/laurea
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile MATTEO AMBROGIO PAOLO PIERNO FIS/03

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/01 3.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/03 3.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso III Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
ESERCITAZIONE 2.0 16 34.0
LEZIONE 4.0 32 68.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2014

Commissioni d'esame
Commissione Dal Al Membri
11 Termodinamica 01/10/2019 30/11/2020 PIERNO MATTEO AMBROGIO PAOLO (Presidente)
MISTURA GIAMPAOLO (Membro Effettivo)
CARNERA ALBERTO (Supplente)
10 Termodinamica 01/10/2018 30/11/2019 PIERNO MATTEO AMBROGIO PAOLO (Presidente)
MISTURA GIAMPAOLO (Membro Effettivo)
CARNERA ALBERTO (Supplente)

Syllabus
Prerequisiti: Matematica: Analisi I e II, elementi di Algebra lineare.
Fisica: Meccanica Newtoniana, Elettromagnetismo classico.
Chimica Fisica: reazioni chimiche, equilibrio chimico, teoria cinetica dei gas.
Conoscenze e abilita' da acquisire: CONOSCENZE:
Lo studente dovrà acquisire una conoscenza approfondita della Termodinamica, con particolare riferimento alla comprensione trasversale dei principi e dei metodi per passare dallo studio degli stati di equilibrio alla trattazione delle situazioni di non equilibrio.
Le conoscenze principali si possono riassumere in:
i) Principi e la definizione dell’equazione fondamentale.
ii) Misura dell’entropia, lo studio dei gas e della legge degli stati corrispondenti (all'interno di quest’ultimo argomento sarà di fondamentale importanza una estesa conoscenza della fenomenologia).
iii) Funzioni di stato in presenza di campi esterni.
iv) Studio delle configurazioni e dei processi di non equilibrio (in approssimazione discontinua).
v) Interferenza tra processi diversi per situazioni vicine all'equilibrio.
vi) Stati stazionari e accoppiamento di stato stazionario.
vii) Generalizzazione ai sistemi continui; nuova definizione dei flussi e delle forze; linearità e applicazioni.

ABILITA':
Lo studente dovrà:
- saper operare in modo trasversale, nell'ambito della disciplina, dimostrando di saper stabilire collegamenti chiari e ben giustificati tra parti diverse.
- saper risolvere e affrontare situazioni problematiche chiuse e aperte, ovvero (a) saper operare scelte tra possibilità diverse ma precostituite (problemi “chiusi”) e (b) saper orientarsi in situazioni “aperte” (in cui la soluzione va costruita). 
- dimostrare consapevolezza sulle scelte scientifiche operate e cioè in riferimento all'analisi critica dei dati e affidabilità dei processi di misura, validazione dei modelli proposti e consapevolezza dei processi di generalizzazione che si compiono nella teoria.
Modalita' di esame: Colloquio orale sui contenuti disciplinari
Criteri di valutazione: La fase di verifica e valutazione degli apprendimenti è correlata, nei contenuti e nei metodi, alle attività didattiche svolte durante il processo di insegnamento-apprendimento.
Riguarda tutte le tematiche proposte e tiene conto di tutti gli obiettivi delineati. 
Verranno valutati: (a) la capacità di ragionamento, (b) i progressi raggiunti nella chiarezza, comprensione e proprietà di espressione nonché iii) il monitoraggio della preparazione pregressa. 
La valutazione in tal senso è di tipo sommativo per l'accertamento dell'acquisizione di specifiche competenze.
Contenuti: PROGRAMMA DEL CORSO

PARTE I: Termodinamica degli stati di equilibrio
- Sistemi macroscopici e sistemi microscopici
- Sistemi interagenti e sistemi isolati
- Stati di equilibrio.
- Equilibrio termico. Principio zero e la definizione di temperatura empirica. .
- Sistemi adiabatici. Sistemi chiusi.
- I Principi della Termodinamica
- Primo principio: definizione di Energia (U) e di quantità di calore (Q).
- Secondo principio: entropia e temperatura assoluta
- Sistemi discontinui come esempio paradigmatico di applicazione del secondo principio.
- Macchine termiche.
- Estensione del secondo Principio ai sistemi aperti.
- I potenziali termodinamici e il problema della stabilità degli stati di equilibrio
- Relazioni generali
- Definizione di α e di χT. Def di χS. Relazione tra di χT e χT.
- Relazioni di Maxwell.
- Definizione di Cp e Cv e relazione tra loro. Dipendenza da T dei calori specifici.
- Dipendenza dell’entropia da V e da p.
- Terzo Principio
- Proprietà dei gas. Sviluppi del viriale, equazione di Van der Waals
- Misurabilità di T.
- Evidenza sperimentale sul primo coefficiente del viriale.
- Equazioni delle adiabatiche
- Transizioni di fase del primo e secondo ordine. Relazione di Calpeyron ed Ehrenfest. Punti tripli
- Punto critico e Legge degli stati corrispondenti.
- Strati superficiali
- Tensione superficiale e potenziali termodinamici negli strati superficiali. Criteri di stabilità del vapore soprasaturo.
- Termodinamica in presenza di campi esterni: Caso elettrostatico e magnetico
- Termodinamica della radiazione.

PARTE II: Processi irreversibili
- Approssimazione dei sistemi discontinui. Calcolo di produzioni di entropia in sistemi chiusi e in sistemi aperti.
- Reazioni chimiche: velocità e affinità.
- Flussi e forze generalizzati. Relazioni lineari tra flussi e forze.
- Esame della condizione di linearità nei casi della conduzione del calore e nel caso delle reazioni chimiche.
- Diverse possibili scelte di flussi e delle forze. Sistemi equivalenti.
- Relazioni di Onsager.
- Studio del decadimento delle fluttuazioni in un sistema in equilibrio.
- Effetti termomeccanici; effetti elettrocinetici. Calcolo degli effetti termomeccanici per gas di Knudsen.
- Stati stazionari. Minima produzione di entropia e stabilità degli stati stazionari. Accoppiamento di stato stazionario.
- Cenni alla Termodinamica non lineare dei processi irreversibili.

PARTE III: Sistemi continui
- Equilibrio Termodinamico Locale. Riformulazione delle equazioni dell’energia e dell’entropia per sistemi continui.
- Produzione di entropia per unità di volume. Flussi e forze generalizzati.
- Relazione di Einstein tra coefficiente di mobilità e coefficiente di diffusione.

PARTE IV: Termodinamica e Informazione
- Il paradosso di Maxwell e l'approccio di Szilard.
- Il principio di Landauer.
- Entropia di Shannon e quantità (o mancanza) di informazione.
- Separazione osservabile-osservatore
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: • Lezioni frontali.
• Discussioni docente-gruppo studenti su aspetti disciplinari specifici e situazioni problematiche in cui si devono prospettare soluzioni (problem solving).
• Didattica individualizzata (correzione, chiarimenti e approfondimenti).
• Esempi tratti da demo e animazioni/simulazioni multimediali
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: La bibliografia sulla termodinamica è immensa e gli approcci innumerevoli, non solo in Fisica.
Il testo "Thermodynamics" di Saggion, Faraldo, Pierno (cf. riferimenti bibliografici) è stato scritto proprio per operare una sintesi coerente che parta dai principi e copra tutte le situazioni di interesse con un approccio esclusivamente termodinamico.
Testi di riferimento:
  • Saggion, Antonio; Faraldo Rossella; Pierno, Matteo, Thermodynamics. Fundamental Principles and Applications. Cham, Switzerland: Springer - UNITEXT for Physics, 2019. ISBN: 978-3-030-26975-3
  • Prigogine, Ilya, Introduction to thermodynamics of irreversible processes. New York: London, John Wiley, 1961. Cerca nel catalogo
  • Callen, Herbert, Thermodynamics and an introduction to thermostatistics. New York: Wiley, 1985. Cerca nel catalogo
  • Guggenheim, Edward Armand, Thermodynamics: an advanced treatment for chemists and physicists. Amsterdam: North-Holland, 1967. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Interactive lecturing
  • Working in group
  • Action learning
  • Active quiz per verifiche concettuali e discussioni in classe
  • Utilizzo di video disponibili online o realizzati
  • Learning journal

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • One Note (inchiostro digitale)
  • Mathematica

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Uguaglianza di genere Energia pulita e accessibile Consumo e produzione responsabili