Principi di termodinamica

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Principi di termodinamica

  1. 1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II Dott. Ing. Giuseppe Graziuso CORSO DI LAUREA IN TECNICHE DELLA PREVENZIONE NELL’AMBIENTE E NEI LUOGHI DI LAVORO FISICA TECNICA AMBIENTALE LEZIONE III Anno Accademico 2010/2011 FACOLTA’ DI MEDICINA E CHIRURGIA
  2. 2. TRASMISSIONE DEL CALORE <ul><li>QUANDO ESISTE UN GRADIENTE DI TEMPERATURA IN UN SISTEMA O QUANDO DUE SISTEMI A TEMPERATURA DIVERSA VENGONO POSTI A CONTATTO, SI HA TRASMISSIONE DI ENERGIA. IL PROCESSO MEDIANTE IL QUALE AVVIENE LO SCAMBIO DI ENERGIA E’ NOTO COME TRASMISSIONE DEL CALORE . LA GRANDEZZA IN TRANSITO, DETTA CALORE NON PUO’ ESSERE MISURATA O OSSERVATA DIRETTAMENTE, MA POSSONO ESSERE OSSERVATI E MISURATI GLI EFFETTI DA ESSA PRODOTTI. </li></ul>
  3. 3. PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA <ul><li>L’ENERGIA NON PUO ESSERE CREATA NE’ DISTRUTTA MA SOLO TRASFORMATA DA UNA FORMA ALL’ALTRA </li></ul><ul><li>II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA </li></ul><ul><li>NON E’ POSSIBILE ALCUNA TRASFORMAZIONE IL CUI UNICO RISULTATO SIA IL PASSAGGIO DI CALORE DA UNA REGIONE A TEMPERATURA MINORE AD UNA REGIONE A TEMPERATURA MAGGIORE </li></ul>
  4. 4. MODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALORE LO SCAMBIO TERMICO PUO’ ESSERE DEFINITO COME LA TRASMISSIONE DI ENERGIA DA UNA REGIONE AD UN’ALTRA DOVUTA AD UNA DIFFERENZA DI TEMPERATURA. VI SONO TRE DIFFERENTI MODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALORE: CONDUZIONE, IRRAGIAMENTO E CONVENZIONE
  5. 5. La Trasmissione del Calore <ul><li>La Trasmissione del Calore può avvenire con meccanismi diversi: </li></ul><ul><li>Conduzione; </li></ul><ul><li>Convezione; </li></ul><ul><li>Irraggiamento. </li></ul><ul><li>A questi si aggiunge la Diffusione di massa (e con essa anche di energia) che in questa sede non viene affrontata. Ciascun meccanismo di trasmissione è caratterizzato da peculiarità legate ai materiali, alla topologia o anche alla geometria. </li></ul><ul><li>Raramente i meccanismi di scambio termico agiscono singolarmente. </li></ul>
  6. 6. CONDUZIONE <ul><li>LA CONDUZIONE E’ UN PROCESSO MEDIANTE IL QUALE IL CALORE FLUISCE DA UNA REGIONE A TEMPERATURA MAGGIORE VERSO UNA REGIONE A TEMPERATURA MINORE ATTRAVERSO UN SOLO MEZZO (SOLIDO, LIQUIDO O AERIFORME) O ATTRAVERSO MEZZI DIVERSI POSTI A DIRETTO CONTATTO FISICO . NELLA CONDUZIONE L’ENERGIA SI TRASMETTE PER CONTATTO DIRETTO TRA LE MOLECOLE SENZA CHE SI SPOSTINO SENSIBILMENTE. </li></ul>
  7. 7. IRRAGGIAMENTO <ul><li>L’IRRAGGIAMENTO E’ UN PROCESSO MEDIANTE IL QUALE IL CALORE FLUISCE DA UN CORPO A TEMPERATURA MAGGIORE VERSO UN CORPO A TEMPERATURA MINORE QUANDO I CORPI NON SONO A CONTATTO, ANCHE SE TRA ESSI C’E’ IL VUOTO . IL TERMINE IRRAGIAMENTO SI RIFERISCE IN GENERALE A QUALUNQUE FENOMENO DI PROPAGAZIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE , MA INTERESSANO LO SCAMBIO TERMICO SOLO QUEI FENOMENI DIPENDENTI DALLA TEMPERATURA, I QUALI CONSENTONO IL TRASPORTO DI ENERGIA ATTRAVERSO UN MEZZO TRASPARENTE O IL VUOTO. L’ENERGIA COSI’ SCAMBIATA VIENE CHIAMATA CALORE IRRAGGIATO . TUTTI I CORPI EMETTONO CONTINUAMENTE CALORE PER IRRAGGIAMENTO E L’INTENSITA’ DELL’EMISSIONE DIPENDE DALLA TEMPERATURA E DALLA NATURA DELLA SUPERFICIE. L’ENERGIA RAGGIANTE VIAGGIA ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE E PRESENTA UNA FENOMENOLOGIA SIMILE A QUELLA DELLE ONDE LUMINOSE. </li></ul>
  8. 8. CONVENZIONE <ul><li>LA CONVENZIONE E’ UN PROCESSO DI TRASPORTO DI ENERGIA MEDIANTE L’AZIONE COMBINATA DELLA CONDUZIONE, DELL’ACCUMULO DI ENERGIA E DEL MESCOLAMENTO; E’ IL PIU’ IMPORTANTE MECCANISMO DI SCAMBIO TRA UNA SUPERFICIE SOLIDA ED UN LIQUIDO O UN GAS. </li></ul>
  9. 9. <ul><li>BENESSERE AMBIENTALE </li></ul>
  10. 10. BENESSERE AMBIENTALE <ul><li>PER BENESSERE AMBIENTALE SI INTENDE IN GENERALE, SECONDO UNA DEFINIZIONE COMUNEMENTE ADOTTATA, L’ATTEGGIAMENTO MENTALE DI COMPLETA SODDISFAZIONE PER L’AMBIENTE ENTRO CUI SI OPERA. </li></ul><ul><li>QUELLA CONDIZIONE </li></ul><ul><li>MENTALE DI SODDISFAZIONE NEI RIGUARDI DELL’AMBIENTE </li></ul><ul><li>TERMICO </li></ul><ul><li>ACUSTICO </li></ul><ul><li>LUMINOSO </li></ul>
  11. 11. IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO <ul><li>Il sistema di controllo che regola la temperatura corporea è molto complesso: </li></ul><ul><li>IPOTALAMO </li></ul><ul><li>TEMPERATURA </li></ul><ul><li>LIMITE 37 °C </li></ul>SENSORI DEL CALDO <ul><li>PELLE </li></ul><ul><li>TEMPERATURA </li></ul><ul><li>LIMITE 34°C. </li></ul>SENSORI DEL FREDDO
  12. 12. IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO <ul><li>L’INTERPRETAZIONE DEI SEGNALI DA PARTE DEL CERVELLO PUÒ ESSERE PARAGONATA AD UN </li></ul><ul><li>TIRO ALLA FUNE </li></ul><ul><li>CON I SENSORI DEL CALDO E DEL FREDDO CHE RAPPRESENTANO LE DUE ESTREMITÀ. </li></ul>
  13. 13. CONDIZIONI DI BENESSERE <ul><li>PRESUPPOSTO DEL BENESSERE AMBIENTALE E’ LA CONDIZIONE PER CUI UN INSIEME DI GRANDEZZE FISICHE CARATTERIZZANTI L’AMBIENTE ASSUMANO VALORI OPPORTUNI, IN RELAZIONE ALLA DESTINAZIONE D’USO. IN PRATICA IN UN AMBIENTE IN CUI VI SIANO CONDIZIONI TERMOIGROMETRICHE UNIFORMI, IL BENESSERE TERMICO DELLE PERSONE DIPENDE DAL VALORE ASSUNTO DA SEI PARAMETRI FONDAMENTALI. </li></ul><ul><li>QUATTRO PARAMETRI SONO LEGATI ALLE CONDIZIONI AMBIENTALI: </li></ul><ul><ul><li>TEMPERATURA DELL’ARIA; </li></ul></ul><ul><ul><li>TEMPERATURA MEDIA RADIANTE DELLE SUPERFICI CHE DELIMITANO L’AMBIENTE; </li></ul></ul><ul><ul><li>UMIDITA’ RELATIVA DELL’ARIA; </li></ul></ul><ul><ul><li>VELOCITA’ DELL’ARIA ; </li></ul></ul><ul><li>DUE PARAMETRI SONO SOGGETTIVI, RIFERITI ALL’INDIVIDUO STESSO : </li></ul><ul><ul><li>ATTIVITA’ FISICA SVOLTA; </li></ul></ul><ul><ul><li>RESISTENZA TERMICA DEL VESTIARIO INDOSSATO ; </li></ul></ul>
  14. 14. CONDIZIONI DI BENESSERE <ul><li>PER MANTENERE IL BENESSERE TERMICO DEVONO ESSERE SODDISFATTE </li></ul><ul><li>DUE CONDIZIONI </li></ul>LA COMBINAZIONE DELLA TEMPERATURA DELLA PELLE E DELLA TEMPERATURA INTERNA FORNISCA LA SENSAZIONE DI NEUTRALITÀ TERMICA. IL BILANCIO DI ENERGIA SUL CORPO UMANO SIA SODDISFATTO: L’ENERGIA METABOLICA PRODOTTA DEVE ESSERE UGUALE ALLE DISPERSIONI VERSO L’AMBIENTE .
  15. 15. BILANCIO TERMICO DEL CORPO UMANO <ul><li>COMPLESSIVAMENTE, ALL’INTERNO DEL CORPO UMANO SI ATTUA LA CONVERSIONE DELL’ENERGIA POTENZIALE CHIMICA PRESENTE NEI CIBI IN ENERGIA MECCANICA E SOSTANZIALMENTE IN CALORE, CHE VENGONO SCAMBIATI CON L’AMBIENTE ESTERNO. LA POTENZA GLOBALMENTE MESSA IN GIOCO IN QUESTI PROCESSI VITALI È DETTA METABOLISMO. </li></ul>
  16. 16. BILANCIO TERMICO DEL CORPO UMANO <ul><li>COMPRENDENDO TUTTE LE FORME DI ENERGIA CHE VENGONO SCAMBIATE, SI PUÒ SCRIVERE UN BILANCIO ENERGETICO NEL SEGUENTE MODO: </li></ul><ul><li>M=C+R+E+P </li></ul><ul><li>M= POTENZA DOVUTA ALL’ATTIVITA’ METABOLICA (W); </li></ul><ul><li>C= FLUSSO TERMICO SCAMBIATO PER CONVENZIONE (W); </li></ul><ul><li>R= FLUSSO TERMICO SCAMBIATO PER IRRAGIAMENTO TRA IL CORPO E LE SUPERFICI CIRCOSTANTI (W); </li></ul><ul><li>E= FLUSSO TERMICO ASSOCIATO ALL’EVAPORAZIONE DI ACQUA DAL COPRPO UMANO (W); </li></ul><ul><li>P= POTENZA MECCANICA SCAMBIATA DAL CORPO CON L’AMBIENTE ESTERNO (W); </li></ul><ul><li>I TERMINI P, C e R POSSONO ESSERE SIA POSITIVI CHE NEGATIVI, MENTRE M ED E SONO SEMPRE POSITIVI . </li></ul>
  17. 17. POTENZA METABOLICA P <ul><li>DALLE TRASFORMAZIONI CHIMICHE CHE SUBISCONO CIBI E BEVANDE NEL CORPO UMANO, SI OTTIENE LA DISPONIBILITA’ DI POTENZA CHE CORRISPONDE AL METABOLISMO. LA POTENZA METBOLICA PUO’ ESSERE DISTINTA SECONDO DUE CONTRIBUTI: </li></ul><ul><li>LA POTENZA METABOLICA BASALE, NECESSARIA PER IL FUNZIONAMENTO DEGLI ORGANI VITALI, MISURABILE IN UN SOGGETTO A RIPOSO, IN CONDIZIONI DI NEUTRALITA’ TERMICA (PARI A CIRCA 43 W/M 2 ); </li></ul><ul><li>POTENZA METABOLICA LEGATA ALLE DIVERSE ATTIVITA’ </li></ul><ul><li>IN GENERE LA POTENZA METABOLICA, O VALORE METABOLICO E’ RIFERITA ALL’UNITA’ DI AREA DELLA SUPERFICIE DEL CORPO UMANO NUDO (PER UNA PERSONA NORMALE TALE AREA RISULTA PARI A CIRCA A = 1.8 M 2 ). </li></ul>

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