Corso di Laurea in Ottica e Optometria Corso di Elementi di Fisica

Corso di Laurea in Ottica e Optometria
Corso di Elementi di Fisica
Docente: Prof. Alessandro Ruocco, Esercitatore: Dr. Adriano Verna
A.A. 2015/2016
Esercizi per la lezione del 14 gennaio 2016
Esercizio 1, da Walker, Capitolo 15, problema n. 35 (modificato).
Per determinare il calore specifico di un oggetto, uno studente lo riscalda in acqua bollente a 100°C.
Successivamente mette l’oggetto, di massa 38 g, in un calorimetro di alluminio di 155 g che
contiene 103 g di acqua. La temperatura sia dell’alluminio sia dell’acqua è inizialmente di 20 °C e
tutto il sistema è termicamente isolato dall’ambiente circostante. Se la temperatura finale è 22 °C,
qual è il calore specifico dell’oggetto?
(calore specifico dell’acqua = 4186 J/(kg·K), calore specifico dell’alluminio = 900 J/(kg·K) )
Esercizio 2, da Walker, Capitolo 16, problema n. 48.
Un blocco di ghiaccio si trova inizialmente a una temperatura di −5,0 °C.
(a) Se al ghiaccio è fornita una quantità di calore pari a 5,2·105 J, qual è la temperatura finale del
sistema? Determina la quantità di ghiaccio rimasta, se ne rimane.
(b) Supponi di raddoppiare la quantità di calore somministrata al ghiaccio. Di quale fattore
dovrebbe essere aumentata la massa del ghiaccio per ottenere la stessa temperatura finale?
Giustifica la tua risposta.
(calore specifico del ghiaccio = 2090 4186 J/(kg·K), calore latente di fusione del ghiaccio =
33,5·104 J/kg)
Esercizio 3, da Walker, Capitolo 16, problema n. 55.
Un cilindro di alluminio che pesa 155 g è rimosso da un bagno di azoto liquido, dove è stato
raffreddato a una temperatura di −196 °C. Il cilindro è immediatamente posto in un contenitore
isolato che contiene 80 g di acqua a 15,0 °C. Qual è la temperatura di equilibrio di questo sistema?
Se la tua risposta è 0 °C, determina la quantità di acqua che si è congelata. Il calore specifico medio
dell’alluminio in questo intervallo di temperatura è 653 J/(kg·K).
Esercizio 4, da Walker, Capitolo 16, problema n. 22.
La velocità quadratica media di una molecola di O2 è 1550 m/s.
(a) Una molecola di H2O alla stessa temperatura avrà una velocità quadratica media maggiore,
uguale o minore?
(b) Si calcoli questa velocità quadratica media.
Si ricordi che un atomo di ossigeno è composto da 6 protoni e 6 neutroni.
Esercizio 5
Un cilindro che contiene 1,7 moli di argon al volume di 3,1·10-3 m3 è sormontato da un pistone
mobile senza attrito. Il diametro del pistone è 12 cm e la sua massa è 0,14 kg. Determinare la
velocità quadratica media delle molecole. (Un atomo di Ar ha massa di 39,95 unità di massa
atomiche (u) e u=1,6605·10-27 kg. Il numero di Avogadro è NA=6,022·1023 mentre la costante di
Boltzmann è k=1,38·10-23 J/K).
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Esercizio 6, da Walker, Capitolo 15, problema n. 24 (presente nella lista precedente ma non svolto).
Considera una apparecchiatura simile a quella utilizzata da Joule per dimostrare l’equivalenza
meccanica del calore, mostrata in figura. Supponi che i blocchi abbiano una massa di 0,95 kg e che
cadano da un’altezza di 0,48 m. Calcola l’aumento della temperatura dell’acqua sapendo che
occorrono 6200 J per un aumento di 1 °C.
Esercizio 7, da Walker, Capitolo 17, problema n. 25.
Una certa quantità di gas ideale monoatomico è sottoposta alla trasformazione mostrata nella figura
seguente in cui la pressione raddoppia e il volume triplica. Determina, in funzione del numero di
moli n, della pressione iniziale pi e del volume iniziale Vi
(a) il lavoro compiuto dal gas;
(b) la variazione dell’energia interna U del gas;
(c) la quantità di calore Q fornita al gas.
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