Test di Fisica - Temperatura e Calore

FILA A

1) La temperatura in una palestra è di 18°C, mentre all’esterno il termomentro segna la temperatura di

25°C. Quanto vale la differenza di temperatura espressa in kelvin? E in gradi Celsius?

SOL: La differenza di temperatura è di 7 °C = 7 K.

2) Di quanto aumenta la temperatura di 250 g di etanolo (calore specifico 2430 J/kg°C) se si fornisce

una quantità di calore pari a 35 kcal?

SOL: 35 kcal = 35´4186 = 146510 J. 250 g = 0, 250 kg. La capacità termica di 0,250 kg di etanolo è

pari a 2430´0.250 = 607.5 J. Quindi con 146510 J otteniamo un rialzo termico

DT = 146510 �607.5 = 241.169 °C.

3) Descrivi il calore specifico, specifica la formula con le unità di misura e un esempio numerico.

SOL: Il calore specifico di ua sostanza è la quantità di calore necessaria affinché la massa unitaria (1

Kg) di quella sostanza acquisti un grado kelvin di temperatura, a patto che non avvengano fenomeni di

cambiamento di fase (che, come è noto, avvengono con consumo o rilascio di energia a temperatura

costante). Il calore specifico si misura in J ×Kg-1

×K-1

. Il calore specifico del ghiaccio è 2090 J ×Kg-1

×K-1

,

quindi occorrono 2090 J per innalzare un kilogrammo di ghiaccio di un grado di temperatura.

4) Illustra la trasmissione del calore per convezione

SOL: La trasmissione di calore per convezione consiste nel trasporto materiale di molecole calde da un

posto all’altro. SI differenzia dalla trasmissione per conduzione pe rché in quest’ultimo caso le molecole

non si allontanano dalle rispettive posizioni di equilibrio, ma scambiano calore con le molecole vicine a

causa di effetti dinamici.

5) In una giornata fredda di inverno, noti che si è formato sul parabrezza di un’automobile uno strato di

ghiaccio che ha una spessore di 0,50 cm e un’area di 1, 6 m2. Calcola il calore necessario per

sciogliere tutto il ghiaccio assumendo che la sua temperatura sia di -2,0 °C e la sua densità di

917 Kg ×m-3

. (per il ghiaccio, calore specifico: 2090 J ×Kg-1

×K-1

, calore latente di fusione:

33, 5 ×104

J ×Kg-1

.

SOL: Il lavoro richiesto è la somma di due componenti: prima di tutto occorre portare il ghiaccio da

-2 °C a 0 °C, la temperatura di fusione. Poi, inizia il processo di cambiamento di fase, isotermo, che

richiede l’uso del calore latente di fusione.

Prima di tutto calcoliamo la massa del ghiaccio, che è data da m = ΡV dove Ρ è la densità m la massa e

V il volume. Troviamo il volume: V = 5´10-3

´1.6 m3

= 0.008 m3. A questo volume scorrisponde la

massa m = 0.008´917 = 7.336 Kg. Per portare questa massa di ghiaccio da -2 °C a 0 °C dobbiamo

impiegare 7.336´2090´2 = 30664.5 J. A questo punto occorre sciogliere il ghiaccio, e occorrono

33.5´104

´7.336 = 2.45756´106

J. Il totale è (attenzione agli esponenti!!!)

30664.5 + 2.45756´106

= 2.48822´106

J.

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Test di Fisica - Temperatura e Calore

FILA B

1) Alla pressione di 1 atm, un blocco di argento e uno di oro iniziano a fondere rispettivamente alle

temperature di 1234 K e 1065 °C. Quale dei due elementi fonde a temperatura maggiore?

SOL: Per convertire gradi centigradi in Kelvin occorre sommare 273.15. Quindi

1065 °C = 1065 + 273.15 = 1338.15 K. Quindi l’oro fonde a temperatura maggiore.

2) Un filo metallico, inizialmente lungo 1,5 m, subisce un allungamento di 2,4 mm quando la sua temper-

atura passa da 20 °C a 90 °C. Qual è il valore del coefficiente di dilatazione lineare del metallo che

costituisce il filo?

SOL: Dalla formula DL = L0 Λ DT, facendo atenzione alle unità di misura, che devono essere omogenee

all’interno del calcolo, abbiamo: 2.4´10-3

= 1.5´ Λ ´70 da cui, risolvendo,

Λ =2.4´10

-3

1.5´70= 0.0000228571 °C

-1

3) Descrivi la capacità termica, specifica la formula con le unità di misura e un esempio numerico.

SOL: La capacità termica di un corpo è la quantità di calore necessaria per determinare in esso un

innalzamento di temperatura di 1 K. L’unità di misura è J ´K-1

. Un kilogrammo d ghiaccio richiede

2090 J per acquistare un grado di temperatura.

4) Illustra la trasmissione del calore per irraggiamento

SOL: La trasmissione di calore per irraggiamento avviene quando l’energia si trasferisce sotto forma di

pacchetti detti fotoni. Il fotone si muove alla velocità della luce e trasporta un quantitativo di energia

dato da E = hΝ, dove h è la costante di Planck e Ν è la frequenza. L’irraggiamento non ha bisogno di un

mezzo e non richiede lo spostamento di molecole, ma avviene anche nel vuoto. Un esempio di trasmis-

sione del calore per irraggiamento è fornito dal Sole, il cui calore giunge fino a noi dopo aver attraver-

sato circa 150 milioni di chilometri.

5) In una giornata fredda di inverno, noti che si è formato sul parabrezza di un’automobile uno strato di

ghiaccio che ha una spessore di 0,50 cm e un’area di 1, 4 m2. Calcola il calore necessario per

sciogliere tutto il ghiaccio assumendo che la sua temperatura sia di -3,0 °C e la sua densità di

917 Kg ×m-3

. (per il ghiaccio, calore specifico: 2090 J ×Kg-1

×K, calore latente di fusione:

33, 5 ×104

J ×Kg-1

.

SOL: Il lavoro richiesto è la somma di due componenti: prima di tutto occorre portare il ghiaccio da

-3 °C a 0 °C, la temperatura di fusione. Poi, inizia il processo di cambiamento di fase, isotermo, che

richiede l’uso del calore latente di fusione.

Prima di tutto calcoliamo la massa del ghiaccio, che è data da m = ΡV dove Ρ è la densità m la massa e

V il volume. Troviamo il volume: V = 5´10-3

´1.4 m3

= 0.007 m3. A questo volume scorrisponde la

massa m = 0.007´917 = 6.419 Kg. Per portare questa massa di ghiaccio da -3 °C a 0 °C dobbiamo

impiegare 6.419´2090´3 = 40247.1 J. A questo punto occorre sciogliere il ghiaccio, e occorrono

33.5´104

´6.419 = 2.15037´106

J. Il totale è (attenzione agli esponenti!!!)

40247.1 + 2.15037´106

= 2.19061´106

J.

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