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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

Syllabus
Prerequisiti: Matematica: Analisi I e II, elementi di Algebra lineare.
Fisica: Meccanica Newtoniana, Elettromagnetismo classico, elementi di Meccanica Statistica e Quantistica.
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, cioè operare scelte tra possibilità diverse ma precostituite (problemi “chiusi”) oppure sapersi orientare 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: i) la capacità di ragionamento, ii) 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
- Potenziali termodinamici negli strati superficiali. (qualcosa sulla tensione superficiale?). criteri di stabilità del vapore soprassaturo.
- 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.
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. Per la parte di fondamenti si consiglia di partire dalle dispense del corso che ne costituiscono un’efficace sintesi. Per le parti applicative si suggerisce di spaziare tra le varie referenze proposte nelle dispense e nel corso, compresi i materiali multimediali proposti.
Testi di riferimento:
  • Guggenheim, Edward Armand, Thermodynamicsan advanced treatment for chemists and physicistsby E. A. Guggenheim. Amsterdam: North-Holland, 1967. Cerca nel catalogo
  • Prigogine, Ilya, Introduction to thermodynamics of irreversible processesby I. Prigogine. New York: London, John Wiley, --. Cerca nel catalogo
  • Callen, Herbert, Thermodynamicsan introduction to the physical theories of equilibrium thermostatics and irreversible thermodynamicsHerbert B. Callen. New York [etc.]: Wiley, --. Cerca nel catalogo
  • Saggion, Antonio; Pierno, Matteo; Faraldo Rossella, Principles of Thermodynamics. --: --, --. Handouts of the classes. Delivered via Moodle platform