FISICA TECNICA PER L'ELETTRONICA

OBIETTIVI FORMATIVI GENERALI

La disciplina mira a fornire le conoscenze fondamentali per l’implementazione di tecniche di progettazione mirate alla sostenibilità energetica e ambientale. Il corso è finalizzato all'acquisizione dei fondamenti della Fisica Tecnica riguardanti le applicazioni proprie dell’elettronica.

PROGRAMMA DEL CORSO

Trasmissione del Calore in Regime Stazionario.

Conduzione: Legge di Fourier - Equazione generale della conduzione - Conduzione in regime stazionario - Conduzione monodimensionale stazionaria senza generazione di calore: pareti piane, cilindriche e sferiche con conducibilità termica costante o variabile con la temperatura - Pareti composte piane, cilindriche e sferiche con conducibilità termica costante - Analogia elettrica - Coefficiente globale di scambio termico per geometrie piane e cilindriche - Spessore critico di un isolante – Conduzione monodimensionale stazionaria con generazione di valore – Conduzione bi e tridimensionale in regime stazionario.

Convezione: convezione forzata, naturale e mista - Numeri di Nusselt, Prandtl e Grashof - Equazioni fondamentali del moto non isotermo - Analisi dimensionale.

Irraggiamento: Radiazioni termiche - Grandezze fondamentali: potere emissivo monocromatico, angolare ed integrale - Leggi dell’irraggiamento: di Lambert, di Planck, di Wien, di Stefan-Boltzmann - Coefficienti di riflessione, trasmissione ed assorbimento - Corpi neri - Corpi grigi e corpi reali - Emissività - Legge di Kirchoff - Radiosità - Fattori di vista - Relazioni fra i fattori di vista: di reciprocità, di additività e di chiusura - Scambio termico fra superfici nere – Scambio termico fra superfici grigie.

Trasmissione del Calore in Regime Transitorio

Studio dei sistemi a parametri concentrati (sistemi con resistenza interna trascurabile) – Conduzione termica in regime variabile in superfici piane, cilindriche e sferiche – Metodi numerici di soluzione dell’equazione di scambio termico in transitorio – Metodo delle differenze finite - Formulazione esplicita esplicita ed implicita.

Raffreddamento delle Apparecchiature Elettroniche

Il carico termico nelle apparecchiature elettroniche – Raffreddamento di apparecchiature elettroniche e led - Raffreddamento per conduzione – Raffreddamento ad aria (in convezione naturale ed irraggiamento; in convezione forzata) – Raffreddamento a liquido – Raffreddamento ad immersione - Sistemi di raffreddamento – Alette e piastre di raffreddamento – Ventilatori – Sistemi di rilevamento della temperatura (termocamere).

Raffreddamento dei Sistemi Fotovoltaici

Energia solare - Sfruttamento dell’energia solare per la produzione di energia elettrica e termica – Raffreddamento dei sistemi fotovoltaici mediante scambiatori di calore – Metodo della Differenza di Temperatura media logaritmica – Metodo dell’efficienza - Pannelli fotovoltaici termici (Sistemi PVT) - Potenza ed efficienza - Sistemi di accumulo energetico.

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024

Yunus Çengel “Termodinamica e Trasmissione del Calore” McGraw-Hill. Fourth Edition.

M.J. Moran, H.N. Shapiro, B.R. Munson, D.P. DeWitt, Introduction to Thermal Systems Engineering, hermodynamics, Fluid Mechanics and Heat Transfer, J. Wiley & Sons, Inc., 2003

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024

OBIETTIVI FORMATIVI

Al fine di conseguire i risultati attesi per il programma del corso, l’offerta didattica, articolata nelle differenti attività, persegue i seguenti obiettivi formativi specifici:

- Acquisizione di una metodologia di analisi per la risoluzione di problemi di conversione tra le diverse forme dell’energia con riguardo particolare alla presenza delle forme termica e meccanica;

- Studio delle applicazioni nel campo dei dispositivi elettronici, per l’analisi del comportamento termico degli elementi, attraverso l’acquisizione delle leggi che governano i meccanismi di scambio termico in regime stazionario e transitorio;

-   Acquisizione delle conoscenze sugli aspetti fondamentali e applicativi della trasmissione del calore, anche con riferimento al tema della sostenibilità ambientale.

In dettaglio, il corso è finalizzato a far acquisire agli studenti:

1.   Conoscenza e capacità di comprensione (descrittore di Dublino 1)

Lo studente acquisirà specifiche conoscenze teoriche, metodologiche e operative nel campo della Fisica Tecnica per comprendere le complesse relazioni che i processi di conversione dell’energia.

2.   Capacità di applicare conoscenza e comprensione (descrittore di Dublino 2)

Lo studente acquisirà la capacità di:

- analizzare le problematiche della conversione tra le diverse forme dell’energia con riguardo particolare alla presenza della forma termica;

- descrivere le trasformazioni più significative utilizzate nella realizzazione applicativa dei processi di scambio termico;

- analizzare i principali meccanismi della trasmissione del calore al fine di risolvere alcuni semplici casi di scambio termico.

3. Autonomia di giudizio (descrittore di Dublino 3)

L’acquisizione dei metodi di indagine proposti consentirà allo studente di affrontare le problematiche connesse alle dispersioni termiche dei dispositivi elettronici e formulare valutazioni sull’efficacia di soluzioni per il raffreddamento dei dispositivi stessi.

4.   Abilità comunicative (descrittore di Dublino 4)

Le modalità di svolgimento del corso e quelle della verifica finale sono mirate a promuovere le capacità di comunicazione da parte dello studente verso un’utenza esterna, costituita dai portatori di interesse privati ed istituzionali.

5.Capacità d’apprendimento (descrittore di Dublino 5)

Acquisizione di competenze tecniche, di terminologie, linguaggi, metodologie numeriche e descrittive, al fine di:

1. fornire allo studente le conoscenze di base per analizzare le problematiche della conversione tra le diverse forme dell’energia con riguardo particolare alla presenza della forma termica;

2. descrivere le trasformazioni più significative utilizzate nella realizzazione applicativa dei sopraccitati processi;

3. fornire allo studente l’approccio metodologico per l’analisi dei principali meccanismi della trasmissione del calore al fine di risolvere alcuni semplici casi di scambio termico;

4. fornire allo studente le conoscenze di base per affrontare i problemi legati al miglioramento delle prestazioni energetiche e i metodi di indagine per l'analisi energetica, secondo la normativa vigente

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024

Nessun prerequisito

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024

TIPOLOGIA DELLE ATTIVITÀ FORMATIVE

DISTRIBUITE PER LE ORE DI DIDATTICA FRONTALE (8 ORE=1 CFU):

Lezioni (ore/anno in aula): 30

Esercitazioni (ore/anno in aula):18

Calendario delle attività formative

Settimane 1-5: TRASMISSIONE DEL CALORE IN REGIME STAZIONARIO

Settimana 6: TRASMISSIONE DEL CALORE IN REGIME TRANSITORIO

Settimana 7-8: RAFFREDDAMENTO DELLE APPARECCHIATURE ELETTRONICHE

Settimana 9-10: ESERCITAZIONI

Settimana 11-12: RAFFREDDAMENTO DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI

LAVORO AUTONOMO DELLO STUDENTE

1 cfu = 25 ore (8 ore frontali e 17 a cura dello studente)

Il lavoro autonomo dello studente consisterà nelle seguenti attività (102 ore):

- studio e approfondimento sui libri di testo degli argomenti di carattere teorico e applicativo trattati durante le ore di didattica frontale;

- svolgimento degli esercizi assegnati dal docente relativi al programma svolto

- preparazione esami.

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024

L’apprendimento verrà verificato in una fase intermedia e finale. La verifica intermedia consisterà nella consegna di esercitazioni obbligatorie per l’ammissione all’esame finale.

L’esame di profitto consisterà in un colloquio orale, concernente quesiti di natura sia applicativa che teorica, riguardanti gli argomenti trattati nel corso. L'esame è volto a verificare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite durante il corso e di risolvere semplici problemi di fisica tecnica.

La votazione, espressa in trentesimi, verrà assegnata sulla base del livello di raggiungimento dei risultati attesi secondo gli indicatori di Dublino.

Per gli studenti che ottengano un risultato insufficiente o si ritirino durante la prova, il docente valuterà se potranno sostenere nuovamente l'esame nella stessa sessione o dovranno presentarsi solo a partire dalla sessione successiva.

Esso sarà dato secondo la seguente scala di giudizio:

Eccellente 30 - 30 e lode: Ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, buona capacità analitica, lo studente è in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti.

Molto buono 26 - 29: Buona padronanza degli argomenti, piena proprietà di linguaggio, lo studente è in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti.

Buono 24 - 25: Conoscenza di base dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio, con limitata capacità di applicare autonomamente le conoscenze alla soluzione dei problemi proposti.

Soddisfacente 21 – 23: Non ha piena padronanza degli argomenti principali dell’insegnamento ma ne possiede le conoscenze, soddisfacente proprietà di linguaggio, scarsa capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

Sufficiente 18 – 20: Minima conoscenza di base degli argomenti principali dell’insegnamento e del linguaggio tecnico, scarsissima o nulla capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

Insufficiente: Non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli argomenti trattati nell'insegnamento.

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024

Goal 4 - Istruzione di qualità

Goal 7 - Energia pulita e accessibile

Goal 11 - Città e comunità sostenibili

Goal 12 - Consumo e produzione responsabili

Goal 13 - Lotta al cambiamento climatico

Ultimo aggiornamento: 21-10-2024