Corso di Laurea in Scienze Ambientali Corso di Fisica Generale II a.a. 2010/11. Prova di esame del 13/6/ NOME

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1 Corso di Laurea in Scienze Ambientali Corso di Fisica Generale II a.a. 2010/11 Prova di esame del 13/6/ NOME 1) Un ghiacciolo di massa m = 200 g viene estratto da un frigorifero con temperatura T F = 0 C e mantenuto in un ambiente la cui temperatura è T a = 22 C. Calcolare: a) La variazione di entropia del cubetto di ghiaccio e dell universo al termine della trasformazione che porta alla completa liquefazione del ghiacciolo (Lf = J/kg) b) La massa che ri-solidifica in ghiaccio se, immediatamente al termine della fusione, il liquido viene nuovamente raffreddato sottraendogli un entropia S = 150 J/K Soluzione a) Durante il processo di fusione la temperatura del sistema ghiaccio + acqua si mantiene costante a 0 C = 273 K. In questa fase quindi il sistema assorbe calore a temperatura costante (273 K) e l ambiente, che si può trattare come un termostato, cede la stessa quantità di calore ancor a temperatura costante ma = 295 K. La quantità di calore scambiata è data da Q =m*l f (dalla definizione di calore latente di fusione) = 0.2* = J. Si può quindi calcolare la variazione di entropia del sistema e dell ambiente utilizzando la relazione S = Q/T, ottenendo: ( S)ghiacciolo = /273 = J/K ( S)ambiente = /295 = J/K Quindi S Universo è data da ( S) U =( S)ghiacciolo +( S)ambiente = J/K ed è naturalmente maggiore di zero perché la trasformazione è irreversibile. b) Se il sistema, che al termine della completa liquefazione è ancora ad una temperatura di 0 C, viene immediatamente raffreddato, avviene il processo inverso e durante la solidificazione la temperatura resta costante e si può scrivere S = Q/T Q = T S = - 273* 150 = J Il calore sottratto al sistema corrisponde ad una massa che si trasforma da acqua in ghiaccio pari a: m = Q /Lf = / = kg = 122 g

2 2) Un solenoide lungo, L = 50 cm è formato da N = 200 spire attraversate da una corrente continua di intensità i = 1.5 A. Una carica q = 15.0 µc entra al centro del solenoide con una velocità iniziale di modulo v o = 10 3 m/s direzione inclinata di α = 3º rispetto all asse del solenoide. Calcolare: a) Modulo e direzione del campo induzione magnetica B all interno del solenoide b) Intensità della forza esercitata sulla particella dal campo B c) Il tempo t impiegato dalla particella ad attraversare il solenoide Soluzione a) Il campo B all interno del solenoide, trascurando gli effetti di bordo, è uniforme e diretto lungo l asse del solenoide. Il suo modulo vale: B = µ 0 (N/L)i = (200/0.5) 1.5 = T b) La forza esercitata dalla particella è data da: F = qv x B con F = q v o B sinα = sin(3º) = = N b) La forza è diretta perpendicolarmente alla direzione individuata dalla velocità iniziale della particella e anche a quella del campo B. La componente della velocità parallela all asse del solenoide pertanto non viene modificata. Indicata come z la direzione dell asse del solenoide e con vz la componente della velocità lungo l asse si ha: t = L/v z = L(v o cosα) = 0.5/( ) ~ s

3 QUESITI 1) Un raggio di luce parallelo all asse ottico incide su uno specchio concavo. Che cosa accade al raggio riflesso? anch esso è parallelo all asse principale è perpendicolare all asse principale passa per il centro di curvatura dello specchio passa per il fuoco dello specchio 2) Il valore assoluto del potenziale elettrico ad una distanza di 4 m da una carica puntiforme è di 200 V. Qual è il valore del potenziale ad una distanza di 8 m dalla stessa carica? 50 V 400 V 100 V 800 V 3) In un circuito una resistenza da 20 Ω è attraversata da una corrente continua di 2 A. Quanta energia viene dissipata nella resistenza in 4 s? 200 J 3.2 J 32 J 320 J 4) Il coefficiente di dilatazione lineare dell alluminio è K -1 e la sua densità a 0 ºC è di kg/m 3. Qual è la sua densità a 300 ºC? kg/m kg/m kg/m kg/m 3

4 5) Due condensatori di capacità pari a 10 nf e 15 pf sono collegati in serie. Quanto vale la capacità equivalente? C eq ~ 10 nf C eq ~ 15 pf C eq ~ 5 nf C eq ~ 7 pf 6) Se la distanza tra due fenditure in un esperimento di Young viene diminuita, la distanza tra le frange di interferenza: diminuisce non varia aumenta nessuna delle risposte precedenti è corretta 7) 1.5 moli di un gas ideale sono inizialmente alla temperatura di 317 K. Qual è la temperatura finale del gas se lo stesso assorbe 2550 J di calore e compie 750 J di lavoro? 526 K 359 K 413 K 687 K 8) L unità di misura della costante k = 1/4πε 0 che compare nella Legge di Coulomb è: N 2 m 2 /C N m /C N m 2 /C N 2 m /C

5 9) Un frigorifero ha un coefficiente di prestazione di 4.2. Quanto lavoro deve essere compiuto sul frigorifero per sottrarre 250 J di calore dagli oggetti posti al suo interno? 1050 J 120 J 250 J 60 J 10) Una spira piana conduttrice ha un area di 200 cm 2 ed è posta perpendicolarmente ad un campo B il cui modulo varia uniformemente da 0.2 T a 2.8 T in 2.2 s. Se la spira ha una resistenza elettrica di 8.0 Ω, qual è l intensità della corrente indotta? 2.95 A 0 A 3.18 A 2.95 ma 11) Un onda elettromagnetica si propaga nel verso positivo dell asse y. Se il campo E nell origine è diretto nel verso positivo dell asse z, qual`è la direzione e il verso del campo B? + z - z + y + x 12) Un gas ideale monoatomico si espande diabaticamente da un volume iniziale di 72 litri e una temperatura iniziale di 350 K fino ad una temperatura finale di 290 K. Qual è il suo volume finale? 104 litri 98 litri 101 litri 95 litri