FISICA TECNICA PER IL DESIGN

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2021/2022
Docente
MICHELE BOTTARELLI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Primo Semestre
SSD
ING-IND/10

Obiettivi formativi

Obiettivo del corso di Fisica Tecnica per il Design è di fornire allo studente le conoscenze scientifiche di base della fisica tecnica, miratamente alla comprensione delle leggi fondamentali e allo sviluppo di un approccio metodologico in grado di sostenere con cognizione di causa scelte progettuali.
I temi e le occasioni didattiche sono espressamente orientati a fornire conoscenze di base, con particolare riferimento alla Termodinamica, Termocinetica e Acustica.

Le principali conoscenze riguardano:
- le grandezze e i principi fondamentali della termodinamica classica
- i cicli termodinamici, con focus primario su quelli impiegati nello sfruttamento di energie rinnovabili
- trasmissione del calore per conduzione, convezione e irraggiamento
- la caratterizzazione del fenomeno sonoro
- i metodi per il controllo e l’attenuazione del rumore in campo aperto e in ambienti chiusi


Le abilità di maggior rilievo riguardano:
- comprensione dei fenomeni fisici di base
- capacità di modellazione dei fenomeni reali e di rappresentazione degli stessi in base ai modelli fisici studiati
- capacità di esprimere a livello progettuale le conoscenze così acquisite

Prerequisiti

Il corso non richiede alcuna propedeuticità

Contenuti del corso

Il corso prevede 48 ore di didattica frontale, organizzate in lezioni ed esercitazioni suddivise in tre parti (Termodinamica,Termocinetica e Acustica)

Parte prima - TERMODINAMICA, 18 ore
Sistemi termodinamici chiusi e aperti. Proprietà di un sistema termodinamico. L'equilibrio termodinamico e le diverse forme di energia. Le trasformazioni termodinamiche. Gas perfetti e reali. 1° e 2° Principio della Termodinamica. Ciclo di Carnot. Cenni su alcuni cicli termodinamici diretti (Brayton, Stirling, Rankine) e inversi (frigorifero). Valorizzazione di sorgenti termiche rinnovabili (aria, suolo, acqua). Metodi per lo stoccaggio di energia termica.
Miscele di aria e vapor d’acqua. Controllo dell’umidità.

Parte seconda - TERMOCINETICA, 18 ore
Trasmissione del calore per conduzione. Conducibilità termica dei materiali. Trasmissione del calore per convezione. Convezione naturale e forzata. Irraggiamento. Emissività. Riflettanza. Corpo nero e grigio. Irradianza solare. Metodi per il controllo del flusso termico in relazione al tipo di scambio termico: materiali isolanti, cambio di fase, ventilazione naturale/forzata, riflettanza.

Parte terza - ACUSTICA, 12 ore
Acustica fisica: suoni puri e complessi, spettri acustici, bande d'ottava e di terzi d'ottava, decibel e operazioni con i decibel, livelli sonori, caratteristiche direzionali delle sorgenti, riflessione, rifrazione e diffrazione. Acustica psicofisica: l'organo dell'udito, caratteristiche della sensazione uditiva, curve isofoniche, mascheramento uditivo. Acustica degli ambienti aperti: attenuazione per divergenza geometrica, diffrazione, assorbimento atmosferico e del suolo, gradienti termici, vento. Cenni sul rumore da traffico veicolare, i modelli semi-empirici. Acustica degli ambienti chiusi: onde stazionarie, riverberazione, relazioni di Sabine e di Eyring, comportamento acustico e correzione acustica degli ambienti, materiali e strutture fonoassorbenti. Legge di massa, effetto di coincidenza, isolamento acustico per via aerea.

Metodi didattici

Il metodo didattico prevede:
- lezioni frontali, anche supportate da presentazioni in PowerPoint
- esercitazioni sui temi specifici presentati durante le lezioni
- sperimentazione
Le lezioni sono principalmente svolte con l’aiuto della lavagna e/o registrazioni e streaming, attraverso cui si presentano i diversi temi e l’organizzazione dei problemi proposti. Le slide, pur presentando i medesimi contenuti, sono principalmente impiegate per supportare schemi ed esempi pratici.
Le esercitazioni rimango disponibili negli appunti del corso.
La sperimentazione è svolta in aula, streaming o come registrazioni
La strumentazione presentata rimane eventualmente disponibile per l’applicazione in ambito di tesi.
Considerato il carico nozionistico, il metodo didattico propone anche modelli di calcolo numerico a supporto e verifica delle conoscenze acquisite..

Modalità di verifica dell'apprendimento

Le modalità di verifica dell’apprendimento prevedono la valutazione di:
1. un elaborato composto sulla base di analisi sperimentali o eventualmente numeriche riguardanti la Termodinamica e Termocinetica;
2. un elaborato composto sulla base di analisi sperimentali o eventualmente numeriche riguardanti la Acustica.
Ad ogni elaborato è attribuita una valutazione in trentesimi.
Il voto complessivo risultante è definito dalla media pesata sul monte ore complessivo delle parti (75% per TERMODINAMICA e TERMOCINETICA; 25% per ACUSTICA).
Se positivo, il candidato può decidere se integrare o meno tale risultato con una prova orale sulla discussione degli elaborati. L’opportunità è limitata al solo primo appello successivo al termine del corso e può determinare l’integrazione sino a -/+3/30. In assenza della richiesta di integrazione, sarà attribuita direttamente la votazione conseguita dalla valutazione degli elaborati.
Se negativo, la valutazione è ottenuta in base ad una prova orale, svolta discutendo i temi del corso nell’ambito di uno o più problemi pratici proposti dal docente.

Testi di riferimento

Parte prima e seconda
Yunus A. Cengel, Termodinamica e Trasmissione del Calore Mc Graw Hill Milano
Yunus A. Cengel, Meccanica dei fluidi Mc Graw Hill Milano
Appunti del corso disponibili sul minisito dedicato

Parte terza
P. Ricciardi, Elementi di acustica e illuminotecnica Mc Graw Hill Milano
A. Magrini, Progettare il silenzio, Edilizia - Quaderni per la progettazione, EPC
D. Halliday, R. Resnick, Fondamenti di Fisica, Ambrosiana Milano
S. Rosati, Fisica Generale, Ambrosiana Milano
Appunti del corso disponibili sul minisito dedicato