Liceo classico-scientifico Ariosto-Spallanzani
Reggio Emilia
Compito di fisica
(calorimetria, primo principio della termodinamica)
Classe IVB
9 gennaio 2013
Nome .............................................
Cognome........................................
Risolvi i quesiti proposti, motivando brevemente. Svolgi i problemi, segnalando le formule utilizzate e riportando i
risultati nelle opportune unità SI.
1.
In un cilindro con stantuffo mobile sono contenuti n = 0.1 mol di argon che occupano 3 litri alla pressione di 1 atm
(stato A). Mantenendo fisso lo stantuffo si riscalda il gas fino a portarlo ad una pressione di 2.5 atm (stato B). Poi
mantenendo costante la temperatura, si permette al gas di espandersi fino a raggiungere la pressione iniziale (stato
C). Il gas infine viene ricondotto allo stato iniziale attraverso una compressione isobara. Considerate il gas
monoatomico.
a) Calcolate le coordinate termodinamiche (p,V e T) degli stati A, B e C.
Volume
Pressione
Temperatura
A
B
V
b) Descrivete e disegnate le trasformazioni descritte
dal problema nel piano (p,V).
c) Calcolate W, Q e U per ogni trasformazione del ciclo.
W
A→B
B→C
Q
U
C→A
d) Calcolate il lavoro netto svolto
2.
In un buon calorimetro con 150 g di acqua a 20 °C viene inserito un cilindro di 100 g di piombo, estratto da un
bagno di acqua a 95 °C. Quale sarà la temperatura di equilibrio? Considerate il calore specifico del piombo 129 J
kg -1 K-1 e l'equivalente meccanico della caloria 4,186 J/cal.
3.
Si sa che il calore latente di fusione del ghiaccio è 80 cal/g. Prendiamo un pezzo di ghiaccio di 14 g a 0 °C e lo
immergiamo in 100 g di acqua a 23 °C.
a) Dimostrate che il ghiaccio si scioglie tutto
b) Calcolate la temperatura di equilibrio dell'acqua.
4.
Una lastra di lunghezza L = 1,0 cm, area 1,0 m2 e conducibilità termica = 10 W/m·K è posta tra due sorgenti. La
sorgente calda è costituta da un contenitore in equilibrio termico con 0,1 moli di gas perfetto alla pressione P = 1,0
atm e di volume V = 4,157 L. La quantità di calore trasmessa in 100 s è pari a 2,0 · 106 J.
a) Calcola la temperatura della sorgente fredda
FACOLTATIVO:
Una molla di costante elastica k = 9,8 N/m è disposta verticalmente con il suo estremo libero agganciato a un cubo
di lato a = 10 cm e densità incognita, ma superiore a quella dell’acqua, dove è completamente immerso. La
temperatura del cubo è inizialmente di 27 °C, mentre l’acqua si trova a 47 °C. La molla risulta allungata di un
tratto pari al lato del cubo. La massa complessiva dell’acqua è di 3,0 kg. Escludi scambi di calore con l’esterno e
considera che la molla sia perfettamente isolante. Il calore specifico del cubo è 500 J/kg·K. Calcola la temperatura
finale del cubo.
Tempo: 1 ora. Il primo problema vale 8 punti, gli altri 2 punti. Sufficienza con 8 punti su 14. Voti da 1 a 9 (senza
facoltativo) da 1 a 10 (con facoltativo).
