Esercizi di fisica con soluzioni/Calore


Esercizi

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1. Acqua e ghiaccio

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Una certa quantità incognita di acqua a temperatura   viene aggiunta ad un bicchiere pieno di   grammi di ghiaccio a  . Nel processo si sciolgono   grammi di ghiaccio. Determinare la quantità di acqua aggiunta.

A questo punto il sistema viene lasciato a se stesso e tutto il ghiaccio si scioglie in  ; quanto vale la potenza termica che entra nel sistema?

(Dati:  ,  ,  ,  , calore di fusione del ghiaccio  , calore specifico del ghiaccio  ,  )


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2. Rame e alluminio

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Un blocco di alluminio di massa  , temperatura  , calore specifico   è posto in contatto con un blocco di rame  , temperatura  , calore specifico  . Determinare la temperatura di equilibrio.

(dati del problema  ,  ,  ,  ,  ,  )

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3. Ghiaccio,solido e acqua

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Un blocco di ghiaccio (calore specifico  , calore latente di fusione  ) di massa   si trova all'interno di un contenitore isolante a temperatura  . Molto rapidamente vengono inseriti nel contenitore un corpo solido a temperatura  , massa  , calore specifico   e dell'acqua di massa  , calore specifico dell'acqua   e temperatura  . La temperatura di equilibrio vale  . Determinare:

a) il calore sottratto all'acqua a temperatura   nel processo di raffreddamento del liquido, solidificazione e raffreddamento del ghiaccio; b) il valore della massa  ; c) la variazione di entropia del sistema in tale processo irreversibile.

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Soluzioni

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1. Acqua e ghiaccio

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Detto   il calore specifico dell'acqua e  . Dovendo essere:

 

segue che:

 

La quantità di calore necessaria a sciogliere tutto il ghiaccio vale:

 

Quindi corrisponde ad una potenza termica di:

 

2. Rame e alluminio

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Quindi:

 

3. Ghiaccio,solido e acqua

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a)

Detto  , il calore da sottrarre alla massa   per portarla a   è dato dal raffreddamento del liquido fino a  , solidificazione (calore latente di solidificazione) e raffreddamento del ghiaccio fino a  :

 

b)

Il calore da sottrarre a   per portarla da   a   vale:

 

Quindi dovendo essere:

 
 

c)

Tutte le temperature vanno espresse in gradi  :

 

La diminuzione di entropia dell'acqua di massa   per andare da   a  :

 

La diminuzione di entropia del solido:

 

L'aumento di entropia del ghiaccio:

 

Quindi in totale l'entropia aumenta di: