Fisica con Elementi di Matematica

Concetti introduttivi: grandezze e misure. Media e dispersione del risultato di una misura.
Elementi di analisi: definizione intuitiva di funzione, derivata e integrale definito, applicazioni: velocità e accelerazione.
Leggi di Newton, condizioni di equilibrio.
Lavoro e teorema dell'energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Energia potenziale gravitazionale ed elastica.
Forze di Coulomb, energia potenziale elettrostatica.
Campo elettrico, potenziale elettrostatico.
Campo magnetico.
Fluidi in equilibrio e in moto.
Termodinamica

Il corso è offerto a studenti che incontrano per la prima volta la fisica a livello universitario, pertanto occorre una buona base fornita dalle scuole superiori. Per questo, viene, e viene sempre, e fortissimamente viene consigliato seguire i corsi di Matematica Zero e di Fisica Zero, assicurandosi di saper superarne i test

Principi di Fisica"voll. 1-2 , di Young- -Freedman -Bruni (Pearson).
Diapositive preparate dal docente

Il corso consiste in lezioni frontali ed esercitazioni sullo svolgimento di esercizi numerici.

La frequenza del corso è obbligatoria

L'esame consisterà in due prove scritte in itinere, una prima inerente la meccanica e l' elettromagnetismo una seconda sulla termodinamica, e di una prova orale finale

Questa seconda parte dell’insegnamento è dedicata ai principi fondamentali della termodinamica. Particolare attenzione sarà rivolta al collegamento tra le proprietà macroscopiche dei sistemi, quali temperatura, pressione, volume ed energia interna, e il comportamento microscopico delle particelle che li costituiscono. Saranno trattati i seguenti argomenti:

Temperatura, calore ed equilibrio termico
• Introduzione generale alla termodinamica e alle sue principali grandezze fisiche.
• Temperatura e calore.
• Equilibrio termico.
• Principio zero della termodinamica.
• Quantità di calore.
• Determinazione della temperatura di equilibrio.
• Calore specifico e capacità termica.
• Scambi di calore tra corpi a temperature differenti.

Espansione termica e trasformazioni di fase
• Espansione termica lineare, superficiale e volumica.
• Coefficienti di dilatazione termica.
• Applicazioni ed esempi.
• Trasformazioni di fase.
• Fusione, solidificazione, evaporazione, condensazione e sublimazione.
• Calore latente.
• Scambi energetici durante le trasformazioni di fase.

Gas perfetti e teoria cinetica
• Equazione di stato dei gas perfetti.
• Variabili di stato.
• Energia interna di un gas perfetto.
• Interpretazione microscopica della temperatura e della pressione.
• Collegamento tra velocità delle particelle, energia cinetica media e temperatura del gas.
• Collegamento tra la descrizione microscopica e macroscopica dei sistemi termodinamici.

Prima legge della termodinamica
• Lavoro termodinamico.
• Calore, lavoro ed energia interna.
• Prima legge della termodinamica.
• Convenzioni sui segni del calore e del lavoro.
• Applicazioni della prima legge a sistemi termodinamici semplici.

Trasformazioni termodinamiche
• Trasformazioni quasi-statiche.
• Trasformazioni isobare.
• Trasformazioni isocore.
• Trasformazioni isoterme.
• Trasformazioni adiabatiche.
• Lavoro associato alle diverse trasformazioni.
• Rappresentazione delle trasformazioni nei diagrammi pressione-volume.
• Interpretazione dei diagrammi pressione-temperatura.
• Confronto tra le principali trasformazioni termodinamiche.
• Calore specifico molare a volume costante e a pressione costante.

Seconda legge della termodinamica ed entropia
• Limiti della prima legge della termodinamica.
• Seconda legge della termodinamica.
• Enunciato di Kelvin–Planck.
• Enunciato di Clausius.
• Confronto tra la prima e la seconda legge della termodinamica.
• Trasformazioni reversibili e irreversibili.
• Introduzione al concetto di entropia.
• Variazione di entropia nelle trasformazioni a temperatura costante.
• Entropia e direzione spontanea dei processi.
• Macrostati, microstati e molteplicità.
• Interpretazione statistica dell’entropia.

Macchine termiche e ciclo di Carnot
• Principi generali di funzionamento delle macchine termiche.
• Sorgente calda e sorgente fredda.
• Lavoro prodotto da una macchina termica.
• Rendimento di una macchina termica.
• Ciclo di Carnot.
• Rendimento della macchina di Carnot.
• Limiti teorici del rendimento.
• Confronto tra macchine termiche ideali e reali.
• Rendimento delle macchine termiche reali.

Per tutti gli argomenti saranno presentati esempi applicativi ed esercizi di difficoltà progressiva.

Non sono previsti prerequisiti formali specifici per questa parte dell’insegnamento. È tuttavia raccomandata una conoscenza di base delle grandezze fisiche, delle unità di misura e dei principi fondamentali della meccanica, nonché degli argomenti trattati nella prima parte del corso.

Sono inoltre richieste conoscenze matematiche di base, comprendenti algebra elementare, proporzioni, equazioni di primo grado, potenze, notazione scientifica, rappresentazione e interpretazione di grafici.

Hugh D. Young, Roger A. Freedman e A. Lewis Ford
Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 1: Meccanica, onde e termodinamica, Pearson.

Il Volume 1 costituisce il principale riferimento per la parte di termodinamica.

Per le altre parti dell’insegnamento può essere utilizzato anche:
Principi di fisica con MasteringPhysics, Volume 2: Elettromagnetismo e ottica, Pearson.

La didattica sarà svolta esclusivamente in presenza attraverso lezioni frontali ed esercitazioni dedicate all’applicazione dei concetti teorici e alla risoluzione di problemi di termodinamica.

Durante le lezioni saranno presentati i principi teorici fondamentali, le relative interpretazioni fisiche e il collegamento tra la descrizione macroscopica e microscopica dei sistemi termodinamici. Le esercitazioni saranno dedicate all’applicazione delle relazioni studiate, all’analisi dei grafici e alla risoluzione guidata di problemi.

La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è obbligatoria.

La valutazione dell’apprendimento relativo alla parte di termodinamica sarà effettuata mediante una prova in itinere, seguita da un esame orale.

La prova in itinere sarà finalizzata a verificare la comprensione degli argomenti trattati e la capacità di applicare i principi e le relazioni fondamentali della termodinamica alla risoluzione di problemi di base.

L’esame orale sarà volto a valutare:
• la conoscenza dei concetti e dei principi fondamentali della termodinamica;
• la comprensione del collegamento tra la descrizione macroscopica e quella microscopica dei sistemi fisici;
• la capacità di analizzare le principali trasformazioni termodinamiche;
• la capacità di stabilire collegamenti tra i diversi argomenti del programma;
• la capacità di impostare e discutere semplici problemi;
• l’uso corretto del linguaggio scientifico e delle grandezze fisiche.

La valutazione della parte di termodinamica concorrerà alla valutazione complessiva dell’insegnamento secondo le modalità stabilite per il corso integrato.