Corso di Laurea in Scienze Ambientali – Corso di Fisica Generale II – a.a. 2010/11 Prova Parziale del 4/4/2011 1) Un gas perfetto, inizialmente alla temperatura T = 410 K, con volume V1 = 2.5 L e pressione p1 = 7.5 atm, si espande isotermicamente fino alla pressione p2 = 1.0 atm. a) Qual è la variazione di entropia della trasformazione? T costanteS = Q/T; Isoterma di g.p.: Q = L = nR ln (V2/V1) = nR ln (p1/p2) → S = (p1 V1 / T ) ln (p1/p2) = 9.3 J/K b) Se l’espansione isoterma è parte di un ciclo di Carnot che utilizza lo stesso gas e che ha un rendimento del 30%, qual è la temperatura T’ dell’altra trasformazione isoterma del ciclo? Ciclo di Carnot→ = 1- T’/T = 0,3 → T’= 0.7 T = 287 K c) Quanto è il calore scambiato Q’ dal gas durante l’altra isoterma? Ciclo di Carnot→ T1/T = Q’/Q → Q’ = 0.7 Q =0.7 S T = 0.7 = 2669.1 J 2) Un gas perfetto inizialmente in uno stato di equilibrio A passa ad uno stato B cedendo calore a volume costante in modo tale che la pressione scenda da pA =5,0 atm a pB =1.5 atm, e successivamente si espande a pressione costante passando da VB = 285 cm3 a VC =950 cm3 . Si verifica che pA VA = pC VC. a) quanto lavoro compie il gas nell’intero processo? L = pB( VC – VB) = 100.7 J b) di quanto varia la sua energia interna? Gas perfetto: TA = TB →EA =EB . Quindi E = 0. c) Quanto è il calore totale ceduto o assorbito dal gas? E = 0 → Q = L = 100.7 J Quesiti (barrare solo una risposta) 1) Un inventore costruisce un termometro che utilizza la seguente scala: TI = 0.5 TC + 36, il suo termometro indicherà lo stesso valore di un termometro Celsius: mai ■ quando T = 72 Celsius quando T = - 18 Celsius quando T = 18 Celsius 2) Due sbarre di uguale lunghezza e costruite con materiali che hanno coeff. di dilatazione termica 1=42 sono sottoposte ad aumenti di temperatura T1 = 2T2. In che rapporto sta la loro elongazione? ■ L1= 8 L2 L1= 2 L2 L1= L2 L1= 0.25 L2 3) Una sferetta di metallo (r = 0.5 cm, = 3 g/cm3 ) deve assorbire 3000 J sotto forma di calore per liquefarsi completamente alla temperatura di 450 K. Qual è il calore latente di liquefazione del materiale? circa 2000 cal/(g K) ■ circa 2000 kJ/kg circa 8400 cal/g circa 4.4 kJ/(kg K) 4) In una trasformazione isocora: E = -L E = -Q ■ E = Q Q=L 5) Due pannelli di uguale superficie ma costruiti con materiali diversi sono entrambi esposti al sole: se la temperatura del primo aumenta maggiormente cosa si può concludere sull’emittanza dei due materiali? dipende dal T ambiente nulla ■ 1 < 2 6) In un gas ideale: V = n R <v2>/(3T) RT T = PV/(nR<v2>) ■ P = n M <v2>/3V 7) In una trasformazione spontanea l’entropia del sistema: aumenta sempre ■ può anche diminuire è uguale ed opposta a quella dell’ambiente è nulla se la trasformazione è isoterma 8) Un frigorifero consuma 500 W elettrici e ha un coefficiente di prestazione pari a 2.5. Che calore è in grado di sottrarre nell’unità di tempo ai cibi in esso contenuti? 0.2 kJ/s 500 J/s 0.005 J/s ■ 1250 J/s 9) Un gas biatomico si espande adiabaticamente a partire da V1 = 10 L a V2 = 30 L: quanto vale il rapporto (P1/P2)? ~ 2.0 ~ 0.2 ~ 4.6 ■ ~ 6.2 10) Un gas perfetto composto da 1 mole si espande liberamente triplicando il suo volume? Di quanto varia la sua entropia? ■ ~ 10 J/K non varia ~ - 3 J/K ~ 3 J/K 11) La relazione PV = 2E/3 è una equazione di stato di un gas perfetto? solo nel sistema di misura internazionale no ■ si potrebbe ma il coefficiente numerico è sbagliato 12) Il volume di un gas monoatomico, termicamente isolato, prima raddoppia e quindi si riduce di un fattore 4. Come varia la temperatura del gas? ≈ ≈ ■ ≈ ≈