Lavoro su automobili, mobilità, ambiente, qualità della vita, messaggi ingannevoli su libertà, natura, pressione delle auto sul pianeta di Teodoro Forcellini. Interessante da vedere.
https://drive.google.com/file/d/1CVUL3yrr07fWD4IXhlEmvqLODu
- Un blocco di 0,500 kg di grafite si trova alla temperatura di 35,0 °C e riceve energia con una potenza di 10,0 W per 2,00 minuti. Il calore specifico della grafite è 709 J/(kg · K).
– Calcola la temperatura finale in K del blocco di grafite supponendo che tutta l’energia ricevuta si trasformi in calore.
Energia termica = Q;
Q = c * m * (T – To); (equazione fondamentale della calorimetria).
c = calore specifico; m = massa in kg; T – To = variazione di temperatura.
tempo t = 120 secondi.
Q = P * t = 10,0 * 120 = 1200 J.
T – To = Q / (c * m);
T – To = 1200 / (709 * 0,500) = 3,4°C ( (o Kelvin).
Le differenze di temperatura DeltaT non cambiano se sono in °C o Kelvin.
Temperatura finale:
T = To + 3,4° = 35,0° + 3,4° = 38,4°C .
T in kelvin:
T = 38,4° + 273 = 311,4 K.
2) Un tubo di acciaio con una lunghezza iniziale di 10 m viene riscaldato da 15 °C a 300 °C.
Calcolare l’allungamento del tubo.
L = Lo + Lo * α * ( T – To); legge di dilatazione lineare.
L – Lo = ΔL = Lo * α * ΔT .
Coefficiente di dilatazione termica lineare α dell’acciaio = 12*10^-6 °C^-1;
ΔL = Lo * α * ΔT = 10 * 12 * 10^-6 * 285 = 0,034 m = 34 mm.
3) Un cubo di rame ha lo spigolo di 10 cm, si trova a temperatura di 20°C.
A quale temperatura bisogna portarlo perché il suo volume sia 1012 cm^3 ?
Qual è l’aumento percentuale di volume? (coefficiente di dilatazione lineare del rame α = 1,6 * 10^−5°C^−1).
Delta V = Vo * (3 * α) * (DeltaT)
α= 1,6 * 10^−5°C^−1 ,
Vo = 10^3 = 1000 cm^3;
DeltaV = 1012 – 1000 = 12 cm^3;
DeltaT = Delta V / [ Vo * (3 α)];
Delta T = 12 / (1000 * 4,8 * 10^-5) = 250°C;
T – To = 250°
T = 250° + 20° = 270°C;
(DeltaV) / V = 12/1000 = 0,012;
Aumento percentuale = 1,2 %;
12 : 1000 = x : 100;
x = 100 * 12/1000 = 1,2; (aumento %).
4) Ciclo termodinamico.
In un cilindro, dotato di pistone scorrevole, si trova una certa quantità di gas perfetto. Il gas occupa inizialmente un volume di 36 dm3, una pressione di 10^5 Pa e si trova alla temperatura TA = 300 K (stato A). Bloccando il pistone si scalda il gas fino a una temperatura TB = 650 K (stato B). In seguito si lascia espandere il gas mantenendo la temperatura costante fino a che raggiunge un determinato volume (stato C).
Si blocca nuovamente il pistone e si raffredda il gas raggiungendo la pressione iniziale (stato D) alla temperatura TD = 500 K. Si lascia infine libero il pistone e mantenendo costante la pressione lo si riporta allo stato iniziale A.
a. Disegna il grafico p-V del ciclo descritto.
b. Quanto vale la variazione di energia interna del ciclo termodinamico?
Stato A: (PA; VA; TA) = (10^5 Pa; 36 dm^3; 300 K).
Da A a B: isovolumica o isocora; VB = VA.
PB / VB = PA / VA; Pb = PA * 650 / 300 = 2,17 * 10^6 Pa
Stato B: (PB; VB; TB) = (2,17 * 10^5 Pa; 36 dm^3; 650 K);
da B a C: isoterma, T costante; TC = TB.
Legge delle isoterme:
PB * VB = PC * VC;
VC = VD; (vedi grafico).
manca VD; lo troviamo con l’ultima isobara da D ad A.
Da D ad A: isobara, P costante. PD = PA; (si chiude il ciclo).
VD / TD = VA / TA;
VD = 36 * TD / TA = 36 * 500 /300 = 60 dm^3;
Stato D:
(PD; VD; TD) = (10^5 Pa; 60 dm^3; 500 K).
da B a C: isoterma; TC = 650 K
PB * VB = PC * VC;
VC = VD = 60 dm^3;
PC = PB * VB / VC = 2,17 * 10^5 * 36 /60 = 1,3 * 10^5 Pa;
il volume aumenta, la pressione diminuisce.
DeltaU = UA – UA = 0 J;
L’energia interna è una funzione di stato, dipende dalla temperatura.
La variazione di energia interna dipende dalla variazione di temperatura, se si ritorna in A, T non cambia,
DeltaU = 0 J.
5) Una piscina ha dimensioni: 25 m * 12 m * 1,8 m .
- Calcolare il calore necessario per riscaldarla di 5°C.
- Quanto calore riceve ogni litro d’acqua?
1 litro = 1 dm^3; densità dell’acqua = 1 kg /dm^3 = 1000 kg/m^3.
c = calore specifico = 4186 J/kg°C. (c = 1 kcal/kgK);
Massa totale di acqua: M = densità * Volume.
M = 1000 * (25 * 12 * 1,8) = (1000 kg/m^3) * 540 m^3 = 5,4 * 10^5 kg.
Q = c * M * (Delta t)= 4186 * 5,4 * 10^5 * 5° = 1,13 * 10^10 J.
Q1 = 4186 * 1 * 5° = 20930 J = 2,1 * 10^4 J.
6) A 0.0500 kg ice cube starts at To = -18.5°C.
How much heat does it take to melt it completely?
Q = c * m * (0° – (- 18.5°) + Q fusion.
Qfusion = 3,335 * 10^5 * mass. (Heat of fusion of ice).
Q = 2220 * 0.0500 * (+18.5°) + 3,335 * 10^5 * 0,0500;
Q = 2053.5 + 16675 = 18728.5 J = 1.9 * 10^4 J.
7) Quanti grammi di acqua, a 100 °C, diventano vapore con la stessa quantità di energia che occorre per portare la massa di 1 kg di acqua da To = 0°C fino all’ebollizione pari a T = 100°C?
Q = c * m * (DeltaT);
m = 1 kg; calore specifico dell’acqua c = 4186 J/kg°C;
Delta T = T – To = 100° – 0°.
Q = 4186 * 1 * 100° = 418600 = 4,186 * 10^5 J;
calore di vaporizzazione dell’acqua: cv = 2,260 * 10^6 J/kg;
Q v = cv * m;
m = Q / Cv;
m = 4,186 * 10^5 / 2,260 * 10^6 = 0,2 kg = 200 grammi.
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