Prova parziale del 4 aprile 2011

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 costanteS = 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=42 sono sottoposte ad aumenti di temperatura T1 = 2T2. 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?
≈
≈
■
≈
≈