Preparazione Olimpiadi della Fisica-Gara di II Livello
CALORE
1. Quesito 4, II livello (1999)
Un miscuglio di acqua e ghiaccio di massa complessiva 10 kg viene portato all’interno di un edificio. Si
misura la temperatura del miscuglio e si registra che essa rimane uguale a 0 °C per 50 minuti e che nei
successivi 10 minuti aumenta di 2 °C.
Determinare la massa iniziale del ghiaccio
R: 1,25 kg.
2. Quesito 6, II livello (1999)
Un esperimento prevede di utilizzare elio contenuto in un recipiente di volume pari a 40 dm3. All’inizio
il gas ha una temperatura di 18 °C e una pressione di 6.0 10 6 Pa, mentre alla fine dell’esperimento la
pressione nel recipiente è diminuita del 30 % e la temperatura vale 20 °C.
Quanto gas è stato utilizzato?
R: 30 mol
3. Quesito 1, II livello (1998)
R: 10 m/ dacqua
4. Quesito 4, II livello (1998)
Per determinare il calore di evaporazione dell’acqua si fornisce energia a potenza P costante, per un tempo
t1= 18 min per portare una certa quantità da 10 °C a 100 °C di temperatura, e poi per un tempo t2= 23 min
per farne evaporare i 2/10 della massa.
Determinare il calore di evaporazione,
Nota: trascurare l’evaporazione dell’acqua durante il riscaldamento fino a 100 °C e le perdite di calore
attraverso le pareti del recipiente.
R: 2,4 MJ kg – 1
Tiziana Segalini, Liceo Ariosto-Spallanzani
16 gen. 2012
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5. Quesito 10, II livello (1998)
Un riscaldatore elettrico da 75 W, immerso in un recipiente di capacità termica trascurabile che contiene 350
g di acqua, riesce a portare l’acqua ad una temperatura massima di 55 °C.
Se il riscaldatore viene spento, dopo quanto tempo la temperatura dell’acqua sarà scesa a 54 °C?
6. Quesito 5, II livello (1998)
Un compressore è collegato ad un generatore ideale di f.e.m. pari a 220 V mediante un cavo i cui conduttori
hanno sezione A = 1.5 mm2. Il compressore funziona anche se la tensione applicata non raggiunge i 220 V
purché sia di almeno 200 V: in questo caso la potenza assorbita è P = 1.2 kW.
A che distanza massima dal generatore può operare il compressore, almeno a potenza ridotta?
Note: la resistività del rame è = 6.0 10 – 8 m. Fare l’ipotesi che il compressore si comporti come una
resistenza.
7. Quesito 2, II livello (1997)
Una macchina termica ideale opera fra le temperature Tc e Tf con Tc > Tf . Per ottenere dalla macchima un
rendimento maggiore si pensa di aumentare di una certa quantità, , la differenza di temperatura Tc - Tf .
Questo può essere fatto aumentando di la temperatura Tc , mantenendo costante Tf oppure diminuendo di
la temperatura Tf , mantenendo costante Tc .
Dire se l’aumento di rendimento è lo stesso nei due casi, giustificando la risposta.
8. Problema 1, II livello (1999)
Un recipiente isotermico da 1 dm3 con pistone a tenuta contiene una miscela di ossigeno e vapore acqueo. La
miscela ha una temperatura di 100 °C e una pressione di 3 10 5 Pa. Viene effettuata una compressione
isotermica per ridurre a metà il volume della miscela.
1. Disegnare un grafico sul piano ( p, V ) che rappresenti l’andamento delle pressioni parziali del
vapore saturo dell’ossigeno e calcolare la pressione finale della miscela.
2. Calcolare la quantità dei due gas inizialmente presenti e la massa d’acqua condensata alla fine del
processo.
3. Calcolare il lavoro compiuto dalla miscela durante la compressione.
Entrambi i componenti della miscela possono essere considerati come gas perfetti e il volume dell’acqua condensata
può essere trascurato. Assumere per la tensione del vapore saturo a 100 °C il valor approssimato di 1 10 5 Pa.
Tiziana Segalini, Liceo Ariosto-Spallanzani
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9. Problema 1, II livello (1998)
Due ampolle di vetro, A di volume V e B di volume 2V, munite di un manometro, sono collegate da un tubo
su cui è innestato un rubinetto. Il rubinetto è chiuso e le ampolle contengono dell’elio alla stessa temperatura
T. il manometro di A segna la pressione pA; quello di B la pressione pB = pA /2.
Ad un certo momento viene aperto il rubinetto e in un tempo molto breve viene raggiunto l’equilibrio.
1. Ricavare la velocità quadratica media delle molecole, all’equilibrio raggiunto.
2. Determinare la pressione di equilibrio.
Si chiude il rubinetto e si pone l’ampolla B in contatto termico con una sorgente in modo che raggiunga la
temperatura T1, mentre l’ampolla A rimane alla temperatura T; la pressione in B diventa il triplo di quella
trovata al punto precedente. Il sistema viene quindi isolato termicamente e si apre di nuovo il rubinetto. Dopo
un po’ di tempo, si stabilisce una nuova condizione di equilibrio.
3. Determinare la temperatura di equilibrio.
10. Problema 2, II livello (1997)
Tiziana Segalini, Liceo Ariosto-Spallanzani
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11. Problema 1, parte C, gara nazionale (2000)
Tiziana Segalini, Liceo Ariosto-Spallanzani
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