Esercitazione del 22/12/2009

1) Un vaso di massa 150 g in rame contiene 220 g di acqua, entrambi alla temperatura di 20.0 °C. Un cilindro di 300 g di rame molto caldo viene immerso nell’acqua, facendola bollire, e 5.00 g di acqua vengono trasformati in vapore. La temperatura finale del sistema è 100 °C.

(a) Quanto calore è stato trasferito all’acqua (in calorie)?

(b) Quanto al vaso?

(c) Qual era la temperatura originale del cilindro?

Si trascurino le perdite verso l’ambiente.

2) Quando un sistema viene portato da uno stato iniziale a uno stato finale lungo il percorso iaf in figura, si ha Q = 50 cal e L = 20 cal. Lungo il percorso ibf, Q = 36 cal.

(a) Qual è il valore di L lungo il percorso ibf?

(b) Se L = -13 cal per il percorso curvilineo di ritorno dallo stato finale a quello iniziale, qual è il valore di Q per questo percorso?

(c) Sia DE_int,i = 10 cal. Qual è il valore di DE_int,f?

(d) Se DE _int,b = 22 cal, quali sono i valori di Q per il processo ib e per il processo bf?

3) Si consideri una lastra costituita da due materiali diversi, aventi spessori diversi: L₁ = 40 cm e L₂ = 35 cm. I due materiali sono rame e alluminio e la loro sezione ha area A = 0.5 m². Le conducibilità termiche del rame e dell’alluminio sono, rispettivamente, K_Cu = 401 W/(mK) e K_Al = 235 W/(mK).

Le superfici esterne sono mantenute ad una differenza di temperatura di 100 °C ponendo un’estremità in una miscela di acqua e ghiaccio e l’altra in acqua bollente e vapore.

(a) Quanto calore viene trasmesso nell’unità di tempo attraverso la lastra composta?

(b) Quanto ghiaccio si fonde nell’unità di tempo all’estremità fredda?

4) Determinate il valore medio dell’energia cinetica traslazionale delle particelle di un gas ideale alle temperature di

(a) 0.00 °C e

(b) 100 °C.

Qual è l’energia cinetica traslazionale per ogni mole di un gas ideale alle temperature di

(c) 0.0 °C

(d) 100 ° C?

5) Supponete che 12.0 g di ossigeno (O₂) siano scaldati a pressione atmosferica costante da 25.0 a 125 °C.

(a) Quante moli di ossigeno sono presenti? (Massa molare dell’ossigeno M = 32.0 g/mol)

(b) Quanto calore viene trasferito all’ossigeno? (Le molecole ruotano ma non oscillano).

(c) Quale frazione di calore viene usata per aumentare l’energia interna dell’ossigeno?

6) Trovare:

(a) l’energia termica assorbita e

(b) la variazione di entropia

di un blocco di rame avente massa di 2.00 kg al crescere della temperatura da 25 °C a 100 °C in una trasformazione reversibile. Il rame ha calore specifico 386 J/(kgK).

7) Una macchina termica di Carnot a gas perfetto lavora tra le temperature di 227 °C e 127 °C. Alla temperatura più alta assorbe 6.0 10⁴ cal.

(a) Qual è il rendimento della macchina?

(b) Quanto lavoro è capace di fornire questa macchina per ogni ciclo?

8) Un condizionatore d’aria opera tra le temperature di 22 °C e 35 °C e può prelevare dalla sorgente fredda una potenza termica di 4.0 kW. La sua efficienza è il 27% di quella di un frigorifero di Carnot che operi tra le stesse temperature.

(a) Che potenza meccanica è richiesta dal motore elettrico?