Lezione n 5 Corso di termodinamica Termodinamica degli

Lezione n. 5 (Corso di termodinamica) Termodinamica degli stati: superficie caratteristica e piani termodinamici

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Indice Ø solido Ø liquido Ø vapore saturo Ø vapore surriscaldato Ø gas

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Liquido - Vapore T < Tc Liquido sottoraffreddato Vapore surriscaldato Liquido saturo e vapore saturo

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Gas T > Tc sostanza metano il metano, gas l’aria e l’ossigeno, alla temperatura ambiente, sono sempre in fase gassosa acqua Tc [ °C] -82 374 aria -141 ossigeno -118 propano 97

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Individuazione della fase assegnate due proprietà intensive p. A > psat(t. A) liquido sottoraffreddato p. A < psat(t. A) vapore surriscaldato p. A = psat(t. A) vapore saturo p A p. A A ps A p. A TA T

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Individuazione della fase assegnate due proprietà intensive TA < Tsat(p. A) liquido sottoraffreddato p TA > Tsat(p. A) vapore surriscaldato p. A TA = Tsat(p. A) vapore saturo A A A TA Ts TA T

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Esercizio: SOSTANZA ACQUA T [°C ] p [k. Pa ] FASE 60 15 220 63 12200 150 Liquido Sottoraffreddato 160 2200 Liquido Sottoraffreddato 460 15700 Vapore Surriscaldato Liquido Sottoraffreddato Gas

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati LIQUIDO SOTTORAFFREDDATO (O COMPRESSO)

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Modello Liquido sottoraffreddato Le proprietà pressione ed entalpia non possono essere definite come proprietà termodinamiche:

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Modello Liquido sottoraffreddato Du = c DT Ds = c ln(T 2/ T 1) Dh = c DT+ v Dp

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Esempio: Liquido sottoraffreddato TA = 80 °C p. A = 1 bar p A 1 psat (80°C) = 0, 5 bar 0, 5 p. A>psat(TA) liquido sottoraffreddato 80 T

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati VAPORE SATURO

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Vapore saturo: miscela liquido e vapore saturo Composizione massica della miscela: titolo x = mvs/(ml+ mvs) mvs ml x=0 liquido saturo 0<x<1 x=1 vapore saturo secco

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Vapore saturo v = vl + x (v. VS - vl) u = ul + x (u. VS - ul) h = hl + x (h. VS - hl) s = sl + x (s. VS - sl)

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Temperatura di ebollizione p = 101 k. Pa t = 100 °C p = 85 k. Pa t = 95 °C p = 200 k. Pa t = 120 °C

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati per ogni sostanza pura esiste un legame monotono crescente tra pressione e temperatura durante il passaggio di fase

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati p t

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Esercizio Dell’acqua è riscaldata in un sistema pistone-cilindro, il cui diametro interno è di 5 cm; il pistone ha una massa di 20 kg. La pressione esterna è di 101 k. Pa; a che temperatura comincia a bollire l’acqua? P [bar] t [° C] 1, 00 99, 6 1, 20 104, 8 1, 40 109, 3 1, 60 113, 3 p 1, 4 1, 26 1, 2 104, 8106 109, 3 T

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Dell’acqua è riscaldata in un sistema pistone-cilindro, il cui diametro interno è di 5 cm; il pistone ha una massa di 20 kg. La pressione esterna è di 101 k. Pa; a che temperatura comincia a bollire l’acqua?

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati GAS e VAPORE SURRISCALDATO

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Modello di Gas Ideale: interpretazione microscopica n n n Le molecole possono essere trattate come masse puntiformi. Le collisioni tra le molecole sono elastiche (i. e. l’energia cinetica si conserva). Le forze intermolecolari di attrazione e repulsione sono trascurabili rispetto alla quantità di moto delle molecole.

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Fattore di compressibilità n Il fattore di compressibilità Z di un gas è definito come • se il gas ha comportamento ideale, allora Z=1 al variare della pressione e della temperatura. • se il gas non ha comportamento ideale (gas reale), allora il valore di Z è diverso da 1 e varia con la pressione

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Modello di gas ideale p. V=m. RT pv=RT p V = n Ro T p vm = Ro T sostanza R [k. J/kg K] metano 0, 518 acqua 0, 461 aria 0, 287 ossigeno 0, 260 propano 0, 188 Ro = costante universale dei gas = 8. 314 k. J/kmol K

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Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Modello di gas ideale Sostanza metano cv [k. J/kg K] 1, 74 cp [k. J/kg K] 2, 25 acqua 1, 41 1, 87 aria 0, 72 1, 01 ossigeno 0, 66 0, 92 propano 1, 49 1, 68

Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Esercizio Il serbatoio di un autotreno per il trasporto del metano ha un volume di 10 m 3. Appena pieno il serbatoio si misurano una temperatura di 200 K ed una pressione di 7, 9 MPa. Quanto metano è stato caricato? Durante il trasporto, a causa del cattivo isolamento termico, la temperatura aumenta fino a 286 K; quale sarà la pressione? Quanta energia è stata trasferita al metano?

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Modulo di Termodinamica Lezione 5 – Termodinamica degli stati Esercizio La pressione dell’aria in un pneumatico è di 210 k. Pa superiore a quella ambiente quando la sua temperatura è di 25 °C. Che pressione verrà misurata se la temperatura sale fino a 50 °C? Se il volume del pneumatico è di 0, 025 m 3, quanta aria deve essere espulsa per riportare la pressione al valore iniziale? Quanta energia è stata trasferita all’aria nel pneumatico ?

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