Esercitazioni di fisica Termodinamica (parte I)

Transcript

1 Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Biologiche Esercitazioni di fisica Termodinamica (parte I) Luca Brombal luca.brombal@phd.units.it 1/12/2017

2 #1 Bicchiere di Coca-Cola Due cubetti di ghiaccio, ciascuno di massa 10 g, vengono lasciati cadere in un bicchiere monouso, di capacità termica trascurabile, contenente 200 cm 3 di Coca-cola alla temperatura iniziale di 25 C. Se il ghiaccio è stato estratto dal congelatore a 15 C, qual è la temperatura finale del sistema? Si assegni al ghiaccio il calore specifico di 0.50 cal g -1 K -1 e il calore latente di fusione di 80 cal g 1 e si approssimi la Coca-cola con dell acqua.

3 #2 Il pistone mobile (prova scritta 15/07/2016, A.A. 2015/2016) Una quantità n=0.100 mol di un gas ideale monoatomico è contenuta in un cilindro verticale di raggio r=2.00 cm, chiuso superiormente da un pistone scorrevole senza attrito di massa M=10.0 kg. La pressione esterna è p 0 =1.00 atm e la temperatura iniziale è T=293 K. a) Calcolare la pressione e il volume iniziali del gas b) Al gas viene fornita, in modo reversibile, una quantità di calore Q=200 J. Si calcolino la temperatura finale e il lavoro compiuto sul gas durante la trasformazione.

4 #3 Che fatica scaldar l aria! Il volume d aria immesso nei polmoni in un normale respiro è pari a circa 0.5 L. Quando entra nei polmoni, l aria inalata viene riscaldata a T i =37 C. Si suppoga che la temperatura esterna sia T e =20 C, che si facciano 2 respiri ogni 3 secondi, e si assuma inoltra che il riscaldamento dell aria avvenga a pressione costante. Poiché l aria è per l 80% azoto molecolare (N 2 ), si può considerarla un gas ideale biatomico. Si calcolino: a) Il calore Q necessario a riscaldare l aria in un respiro b) L energia E, espressa in kcal, impiegata in un giorno per riscaldare l aria che si respira

5 #4 Termometro in platino Per determinare la temperatura di un forno si pone in esso un pezzo di platino di massa m=200 g e lo si lascia per il tempo necessario perché assuma la temperatura del forno. Quindi, con le opportune cautele, si estrae l oggetto dal forno e rapidamento lo si immerge nell acqua di un calorimetro, la cui temperatura iniziale è T 1 =20 C; la temperatura finale di equilibrio risulta essere T e =26 C. La massa d acqua presente nel recipiente calorimetrico, il quale si considera di capacità termica trascurabile, è m a =1.0 kg; il calore specifico del platino è c=0.032 cal g -1 C -1. Qual è la temperatura del forno?

6 #5 Le due moli (prova scritta 14/11/2017, A.A. 2016/2017, sessione autunnale IV appello) Due moli (n=2.0 mol) di un gas perfetto bi-atomico alla temperatura T 1 =400 K si espandono quasistaticamente ed isotermicamente da un volume iniziale V 1 =40 l ad un volume finale V 2 =80 l. Calcolare: a) Il lavoro effettuato sul (o dal) gas in questa trasformazione b) Il calore assorbito (o ceduto) dal gas in questa trasformazione c) La variazione di entropia del gas in questa trasformazione d) Si consideri una trasformazione non-quasistatica tra gli stessi stati iniziale e finale considerati in precedenza. Le risposte ai quesiti a), b) e c) sono ancora valide? Si spieghi.

7 Soluzioni 1. Il bicchiere di Coca-Cola a) 14.8 C 2. Il pistone mobile a) 179 kpa; 1,36 l b) 389K; J 3. Che fatica scaldar l aria! a) 11.0 J b) 151 kcal 4. Termometro in platino a) 963 C 5. Le due moli a) -4.6 kj b) 4.6 kj c) 11.5 J/K d) No, no, sì