Problemi di Fisica La termologia

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1 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO Problemi di Fisica La termologia. MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO Una massa di 2 kg di un solido non noto assorbe una quantità di calore pari a 18, 10. Sapendo che il solido aveva raggiunto la temperatura di usione e che a causa dell energia assorbita liquea totalmente, calcola il suo calore latente di usione. La usione totale del solido avviene a temperatura costante, e poiché è nota la quantità di calore che produce la usione della massa di 2 kg, il calore latente di usione viene calcolato nel seguente modo: Q m 18, , 10 / kg Il valore ottenuto è il calore latente di usione del rame.

2 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO Un blocco di ghiaccio di kg alla temperatura di 0 onde completamente. Quanto calore ha assorbito? Il passaggio di stato del ghiaccio dalla ase solida a quella liquida avviene a temperatura costante, e la quantità di calore necessaria che deve assorbire ainché ciò avvenga è data da: Q m 2, ,2 10 dove 2, 10 / kg è il calore latente di usione del ghiaccio il cui valore è nella tabella del calore latente. Una massa m 1,5 kg di acqua a 100 passa allo stato di vapore assorbendo una quantità di calore Q Veriica che il valore del calore latente di vaporizzazione dell acqua coincide con quello in tabella. La vaporizzazione, ossia il passaggio dallo stato liquido a quello aeriorme, avviene a temperatura costante, e ciò è possibile se l acqua assorbe una certa quantità di calore. Nota questa quantità di calore, il calore latente di vaporizzazione si calcola nel seguente modo: Q 8 10 V k m 1,5 Il valore ottenuto coincide proprio con il calore latente di vaporizzazione dell acqua contenuto nella tabella.

3 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO Una certa quantità di acqua a 100 assorbe 1,25 10 completamente. alcola la massa d acqua. di calore, vaporizzando Poiché l acqua vaporizza completamente, la sua massa la calcoliamo come ormula inversa di quella del calore latente di vaporizzazione: Q Q 1,25 10 V m 0,55kg 55g m V dove V / kg è il calore latente di vaporizzazione dell acqua il cui valore è nella tabella. Una massa di acqua pari a 5 kg si trova alla temperatura di 20. alcola la quantità di calore necessaria per portare l acqua a completa vaporizzazione. Per prima cosa dobbiamo somministrare all acqua una quantità di calore tale da portarla alla temperatura di vaporizzazione, ossia a 100 : Q1 mc t ,7 10 dove c 18 /kg è il calore speciico dell acqua. In secondo luogo, dobbiamo somministrare altro calore per vaporizzare l acqua: Q2 m V , 10 dove V / kg è il calore latente di vaporizzazione dell acqua In deinitiva, la quantità di calore necessaria per portare l acqua a completa vaporizzazione è: Q Q1 + Q2 1, ,

4 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO 150 g di mercurio si trovano alla temperatura di 122, e vengono riscaldati, in modo tale che assorbono complessivamente 500. Stabilisci se, dopo avere raggiunto la temperatura di usione, la massa di mercurio passa totalmente allo stato liquido. alcoliamo dapprima la quantità di calore necessaria per portare il mercurio ino alla temperatura di usione: Q 1 mc t 0, (122, 8,) 179 dove c 18 /kg K è il calore speciico del mercurio e t -8, è la temperatura di usione del mercurio. In secondo luogo calcoliamo la quantità di calore necessaria per portare il mercurio allo stato liquido (essendo nella ase di usione, il passaggio di stato avviene a temperatura costante): Q2 m 0,150 11, In deinitiva, la massa di mercurio passa totalmente allo stato liquido perché la quantità di calore necessaria: Q 2 Q1 + Q per portare completamente allo stato liquido la massa di mercurio è ineriore a quella assorbita (500 ).

5 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO A una massa di acqua pari a 175 g, appena giunta a ebollizione, vengono ulteriormente trasmessi 50 k di energia termica. Assumendo per il vapore d acqua un calore speciico (a pressione costante) pari a 1988 /kg K, trova la temperatura inale del vapore alcoliamo la quantità di energia termica necessaria per vaporizzare la massa d acqua: Q V m V 0, dove V /kg è il calore latente di vaporizzazione dell acqua. Poiché all acqua, una volta raggiunta l ebollizione (100 ), è stata somministrata una quantità di energia termica pari a 50, una parte di questa energia (Q V 9800 ) è stata utilizzata per il cambiamento di stato (liquido-vapore), mentre l energia rimanente (Q ) arà aumentare la temperatura del vapore ino ad un valore inale dato da: Q t 159 t in m c 0, Un blocco di 12 kg di ghiaccio si trova alla temperatura di 15. Quanto calore dobbiamo ornirgli per arlo evaporare completamente? (calore speciico del ghiaccio 2090 /kg K; calore speciico dell acqua 18 /kg K) Il ghiaccio per evaporare completamente, deve passare attraverso le seguenti asi: 1. Dalla temperatura di 15 alla temperatura di usione di 0 2. ambiamento di stato solido-liquido a temperatura costante di 0. L acqua, ottenuta dalla usione del ghiaccio, dalla temperatura di 0 alla temperatura di ebollizione di 100. ambiamento di stato liquido-vapore a temperatura costante di 100

6 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO Durante ciascuna delle asi descritte ci sarà una quantità di calore assorbita che calcoleremo nel seguente modo: Q1 m c t Q2 m 12 2, Q m c t Q m V In deinitiva, il ghiaccio per evaporare completamente dovrà assorbire una quantità di calore pari alla somma delle quantità di calore assorbite durante le quattro asi descritte: Q Q1 + Q2 + Q + Q ( ) Una sostanza con massa di kg si trova alla temperatura di usione. edendole 7,17 10 onde completamente. 1. Di quale sostanza si tratta? 2. ompletato il processo di usione, se vengono orniti altri 5 quale temperatura raggiunge la sostanza? Per capire di quale sostanza si tratta, basta calcolare il calore latente di usione: Q m 7, ,9 10 / kg Il valore trovato corrisponde al calore latente di usione del piombo. La sostanza, dopo aver completato il processo di usione, poiché assorbe altra energia termica, raggiungerà la seguente temperatura inale: t Q m c t in t + t 27, + 9, dove c 128 /kg K è il calore speciico del piombo e t 27, è la temperatura di usione del piombo.

7 MODELLO ATOMIO E AMBIAMENTI DI STATO In un contenitore si trovano 500 g di una bibita (calore speciico 000 /kg K) alla temperatura di 18. Si mettono cubetti di ghiaccio a 0 da 20 g ciascuno che si sciolgono rareddando la bibita. 1. Alla ine del processo di usione, qual è la temperatura della bibita? 2. Qual è la temperatura inale d equilibrio? 1. Nell ipotesi che il contenitore non assorba calore, gli scambi energetici avverranno solo tra la bibita e il ghiaccio, tenendo presente, però, che il ghiaccio assorbirà una quantità di calore necessaria a onderlo, per cui: Q ceduto Q assorbito m 1 c1 (t1 t in) m2 L equazione ottenuta contiene l incognita temperatura della bibita (t in ) alla ine del processo di usione del ghiaccio, che calcoliamo come: 0,5 000 (18 x) 0,08 2, x x 908 x ,7 2. Per calcolare la temperatura di equilibrio inale del sistema, dobbiamo tener conto anche dell energia termica assorbita dall acqua ottenuta dalla usione del ghiaccio, per cui: Q ceduto Q assorbito m1 c1 (ti t e ) m2 + m2 ca (t eq t ) i L equazione ottenuta contiene l incognita temperatura inale di equilibrio t eq : 0,5 000 (18 x) 0,08 2, x x 25x 908 x , (x 0)