- Docente: Luca Pasquini
- Crediti formativi: 6
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Luca Pasquini (Modulo 1) Tommaso Diotalevi (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea in Fisica (cod. 9244)
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Orario delle lezioni (Modulo 1)
dal 24/02/2025 al 26/05/2025
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Orario delle lezioni (Modulo 2)
dal 21/03/2025 al 23/05/2025
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base della termodinamica classica e della sua interpretazione microscopica anche attraverso la teoria cinetica dei gas e attraverso alcune nozioni elementari di meccanica statistica. E’ inoltre in grado di applicare i concetti generali e le leggi fondamentali alla soluzione di problemi riguardanti fenomeni termici prossimi all’equilibrio.
Contenuti
1. Introduzione
1.1. Dai sistemi di pochi punti materiali ai sistemi macroscopici
1.2. L’approccio coarse-grain alla descrizione dei sistemi termodinamici
1.3. Relazione fra approccio macroscopico e microscopico
1.4. Variabili intensive ed estensive
2. Principio zero della termodinamica e temperatura
2.1. Equilibrio termico e principio zero
2.2. La temperatura
2.3. Misura della temperatura
2.4. Il termometro a gas perfetto
2.5. La moderna definizione dell’unità di misura della temperatura
3. Sistemi termodinamici
3.1. Equilibrio termodinamico
3.2. Equazione di stato
3.3. Diagrammi P-V e P-T di un sistema puro eterogeneo
3.4. Cambiamenti di stato differenziali
4. Lavoro in termodinamica
4.1. Lavoro in un sistema idrostatico
4.2. Lavoro in sistemi termodinamici composti
5. Il calore e il primo principio della termodinamica
5.1. Lavoro adiabatico
5.2. Il concetto di calore
5.3. Capacità termica
5.4. Capacità termiche di un sistema idrostatico
5.5. Energia interna e capacità termiche dei gas ideali
5.6. Trasformazioni adiabatiche quasi-statiche dei gas ideali
5.7. Trasformazioni politropiche dei gas ideali
6. Meccanica statistica e teoria cinetica dei gas ideali
6.1. Stati macroscopici e microscopici: probabilità
6.2. Concetto di ensemble di Gibbs
6.3. Ensemble microcanonico
6.4. Ensemble canonico
6.5. Teorema di equipartizione dell’energia
6.6. Teoria cinetica dei gas ideali – densità di probabilità delle velocità molecolari
6.7. Derivazione dell’equazione di stato dei gas ideali
6.8. Effusione molecolare
6.9. Tempo di collisione e libero cammino medio
6.10. Conducibilità termica
7. Secondo principio della termodinamica
7.1. Conversione di lavoro in calore
7.2. Enunciato di Kelvin-Planck
7.3. Enunciato di Clausius
7.4. Macchina termica
7.5. Il frigorifero
7.6. Equivalenza degli enunciati di Kelvin-Planck e Clausius
7.7. La macchina di Carnot
7.8. Teorema di Carnot
7.9. Scala di temperatura assoluta
7.10. Teorema di Clausius
7.11. Entropia: funzione di stato
7.12. Combinazione di primo e secondo principio
7.13. Interpretazione statistica dell’entropia
7.14. Variazione di entropia nei gas ideali
7.15. Irreversibilità nelle trasformazioni termodinamiche
7.16. Principio di degradazione dell’energia
7.17. Macchine termiche
7.18. Entropia e informazione
7.19. Paradosso di Gibbs e indistinguibilità
8. Sostanze pure
8.1. Potenziali termodinamici
8.2. Energia interna
8.3. Entalpia
8.4. Energia libera di Helmoltz
8.5. Energia libera di Gibbs
8.6. Le equazioni del TdS
8.7. Equazioni dell’energia
8.8. Equazioni per le capacità termiche
9. Transizioni di fase
9.1. Energia libera di Gibbs e diagrammi di fase
9.2. Equazione di Clausius-Clapeyron
9.3. Transizioni di fase del primo ordine e continue
9.4. Rottura spontanea di simmetria
10. Liquefazione dei gas
10.1. Effetto Joule Kelvin
10.2. Il coefficiente di Joule-Kelvin
10.3. Tecnologia di liquefazione dei gas
11. Terzo principio della termodinamica
11.1. Entropia assoluta in meccanica statistica
11.2. Enunciati del terzo principio
11.3. Implicazioni del terzo principio
12. Sistemi eterogenei
12.1. Il potenziale chimico in sistemi puri eterogenei
12.2. Condizioni di equilibrio termodinamico in un sistema puro eterogeneo
12.3. Il potenziale chimico in sistemi eterogenei a molti componenti
12.4. La miscela di gas ideali inerti
12.5. Condizioni di equilibrio termodinamico in un sistema eterogeneo a molti componenti
12.6. Regola delle fasi di Gibbs
12.7. Il potenziale chimico dei gasi ideali
Testi/Bibliografia
Testi base:
M. W. Zemansky, "Calore e Termodinamica", Zanichelli.
L. Pasquini, Dispense di Fenomeni Termici, disponibili su Virtuale
Complementi:
Stephen Blundell and Katherine Blundell, Concepts in Thermal Physics, 2nd edition, Oxford Univ Press, 2009.
Richard P. Feynman, The Feynman Lectures on Physics, https://www.feynmanlectures.caltech.edu/ Vol- I
Eserciziari:
M. Villa, A. Uguzzoni, M. Sioli, "Esercizi di fisica. Termodinamica, fluidi, onde e relatività. Come risolvere i problemi", Zanichelli, 2018.
A. Bertin et al., "Problemi d'esame di Fisica Generale - Meccanica e Termodinamica", Edizioni Esculapio.
G. A. Salandin e P. Pavan, "Problemi di Fisica 1", CEA.
S. Longhi et al., "Esercizi di Fisica Generale: Meccanica Termodinamica Elettricità e Magnetismo", Edizioni Esculapio.
C. Mencuccini, V. Silvestrini, "Esercizi di Fisica – Meccanica-Termodinamica", CEA.
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni. Quiz interattivi (anonimi) in aula con Wooclap.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
Informazioni generali sull'esame:
- L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale.
- Sono previsti sei appelli per anno accademico: tre nella sessione estiva, uno in quella autunnale e due in quella invernale. Non sono previsti appelli straordinari.
- Per poter sostenere le prove (scritte e orali) è necessario iscriversi attraverso AlmaEsami.
- In ciascuna prova scritta vi sono due esercizi. Per superare la prova bisogna realizzare almeno 18/30. Durante la prova, della durata di 2 ore, è concesso l'uso della calcolatrice ma non è possibile consultare né testi né appunti.
- Il risultato della prova scritta ha validità fino alla sessione invernale inclusa. L'esame orale può essere sostenuto non necessariamente subito dopo lo scritto, anche se tale scelta è fortemente sconsigliata.
- Gli studenti possono ripetere uno scritto se vogliono migliorare il voto. Si tenga però presente che verranno annullati i voti precedenti: farà fede l'iscrizione in lista il giorno dello svolgimento della prova scritta.
- Il voto finale che si può raggiungere è indicativamente la media tra lo scritto e 31 (30 e lode).
- Se si viene respinti all'orale, o si rifiuta il voto, il mantenimento del voto dello scritto è a giudizio della commissione. Si ricorda che, secondo il regolamento di ateneo, il rifiuto del voto deve essere accettato *almeno* una volta da parte del docente: dal secondo rifiuto è a discrezione del docente.
Strumenti a supporto della didattica
- Dispense del corso e articoli di approfondimento disponibili su Virtuale.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Luca Pasquini
Consulta il sito web di Tommaso Diotalevi
SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.