Esercizi Termodinamica 1

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).
[tfinale= 0°C, mfusa=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.
[mfusa=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
cgh=0.5cal/g°C; calore specifico dell’acqua cH2O=1cal/g°C; calore specifico molare del vapor d’acqua a
pressione costante cpva=4R; calore latente di condensazione del vapor d’acqua λVA=540cal/g; calore latente di
fusione del ghiaccio λgh=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 pA più isocora a volume VB;
b) isoterma a temperatura TA
Calcolare il lavoro compiuto dal gas nei due casi.
[a) L=pA(VB-VA) ; b)
L = p AVA ln
8) n moli di un gas ideale compiono una trasformazione quasistatica dal volume iniziale VA 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=  p A + ( p A − p B )(V − VA ) V  ;L= ( p A + p B )(VB − V A ) , Q=L-∆U=L-ncV∆T]


2
nR(VB − V A )
 nR

VB
]
VA