Esercitazioni di Fisica (Prof. Della Valle)

Esercitazioni di Fisica (Prof. Della Valle)

Termodinamica: calorimetria, gas perfetti e primo principio

1)

In un termometro a mercurio la colonna di fluido è alta h₁=5 cm quando il termometro è immerso in ghiaccio fondente a pressione atmosferica ed h₂=10 cm quando il termometro è posto in equilibrio con acqua in ebollizione. Stimare le constanti termometriche del termometro e dire a quale temperatura la colonna di mercurio sarà alta 8 cm.

[h(t)=at+b con a=0.05 cm°C^-1, b=5cm; t(8 cm)=60 °C]

2)

Una massa m₁= 2 kg di ghiaccio a temperatura di t₁=-10 °C viene mescolata con una massa m₂ di acqua alla temperatura t₂=20 °C. Sapendo che dopo il mescolamento si ha acqua alla temperatura di 5 °C, si calcoli la massa m2, trascurando ogni dissipazione di calore con l’ambiente. (Calore specifico ghiaccio= 2051 J kg^-1 °C^-1; calore latente di fusione ghiaccio= 3.3×10⁵ J kg^-1).

[m₂=11.9 kg]

3)

Una massa m= 0.1 kg di ghiaccio a temperatura di t=-40 °C viene immersa in un recipiente a pareti adiabatiche contenente 1.5 l di acqua alla temperatura t=5 °C. Calcolare la temperatura finale del sistema e specificare se il ghiaccio si è sciolto completamente. (Calore specifico ghiaccio= 2051 J kg^-1 °C^-1; calore latente di fusione ghiaccio= 3.3×10⁵ J kg^-1).

[t_finale= 0°C, m_fusa=70 g]

4)

Un proiettile di piombo m=50 g alla temperatura di 20 °C, dotato di velocità di 100 m/s, si conficca in un blocco di ghiaccio fondente di massa M=0.5kg, posto su di un piano orizzontale liscio. Sapendo che il calore specifico del piombo è 130 J kg^-1 °C^-1 e il calore latente di fusione ghiaccio è 3.3×10⁵ J kg^-1, si calcoli la massa di ghiaccio fusa.

[m_fusa=1.1 g]

5)

Un gas ideale alla temperatura T=300 K ha una densità molecolare ρm=10²⁵ molecole/cm³. Si calcoli la pressione del gas.

[p=41.4 kPa]

6)

Una massa m₁=0.1kg di ghiaccio alla temperatura t₁=-10°C viene mescolate adiabaticamente con una massa m₁=0.2kg di vapor d’acqua alla temperatura t₁=160°C a pressione atmosferica. Quale sarà la composizione finale della miscela una volta raggiunto l’equilibrio termico? Si assumano: calore specifico del ghiaccio c_gh=0.5cal/g°C; calore specifico dell’acqua c_H2O=1cal/g°C; calore specifico molare del vapor d’acqua a pressione costante c_pva=4R; calore latente di condensazione del vapor d’acqua λ_VA=540cal/g; calore latente di fusione del ghiaccio λ_gh=80cal/g.

[

m¹+m massa liquido a 100 C, ° m²+m massa vapore a 100 C, ° m=24.4 g

] 7)

Un gas perfetto si comprime dallo stato iniziale A allo stato finale B attraverso le seguenti modalità:

a) isobara a pressione p_A più isocora a volume V_B; b) isoterma a temperatura T_A

Calcolare il lavoro compiuto dal gas nei due casi.

[a) L=p_A(V_B-V_A) ; b) _{A A}

ln

^B

A

L p V V

= V

^]

8)

n moli di un gas ideale compiono una trasformazione quasistatica dal volume iniziale V_A e pressione pA al volume finale VB e pressione pB, con VB>VA e pB<pA, rappresentata nel piano (p,V) da un segmento AB. Si determini:

a. la T assoluta lungo la trasformazione

b. il lavoro e il calore scambiato durante la trasformazione

[T=

( )( )

( )

^

 





−

−

+ − V

V V nR

V V p p nR

p

A B

A B A

A ;L=

( )( )

2

A B B

A p V V

p + − , Q=L-∆U=L-nc_V∆T]