Esercizi di Lavoro calore e primo principio della ... - ZyXEL NSA210

CORSO DI FISICA PER LE SECONDE NON SCIENTIFICHE DEL LICEO 2 DI LUGANO
Esercizi del capitolo
Il primo principio
SERIE 1
Esercizi su lavoro e potenza
ESERCIZIO LP1
Si calcoli il lavoro necessario per spostare un corpo dalla posizione iniziale
x i = 0,7 m a quella finale x f = 3,8 m con una forza di 16 N avente un angolo di
130 gradi tra forza e spostamento.
ESERCIZIO LP2
Calcola il lavoro necessario per trasportare un corpo di 5 kg lungo una rampa
a 30 gradi dal terreno fino ad un'altezza di 3 m.
ESERCIZIO LP3
A che altezza si può portare un oggetto di 10 kg utilizzando 1 kWh?
ESERCIZIO LP4
Se una donna di 57 kg corre per una rampa di scale con un dislivello di 4,3 m
in 3,5 s, qual è la potenza media sviluppata?
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ESERCIZIO LP5
La forza totale che agisce su un corpo
varia, con la posizione, nel modo mostrato
nel diagramma. Calcola il lavoro
fatto dalla forza.
F in N
30
25
20
15
10
5
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
x,[m]
ESERCIZIO LP6
La forza totale che agisce su un corpo
varia, con la posizione, nel modo mostrato
nel diagramma. Calcola il lavoro
fatto dalla forza.
30
25
20
15
10
5
F in N
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
0,7 0,8 0,9
x in km
ESERCIZIO LP7
La forza totale che agisce su un corpo
varia, con la posizione, nel modo mostrato
nel diagramma. Calcola il lavoro
fatto dalla forza.
F, [N]
500
400
300
1
2
200
100
10 20 30 40
x, [m]
2
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Esercizi sull'energia interna
ESERCIZIO EI1
Calcola l'energia interna di un sistema costituito da 2×10 26 atomi di elio che si
trovano alla temperatura di 127°C. Se, invece si trattasse di ossigeno, quale
sarebbe la sua energia interna?
ESERCIZIO EI2
32 g di ossigeno molecolare si trovano in un contenitore di 2,5 L a pressione
normale. Calcola l'energia interna del gas.
ESERCIZIO EI3
L'energia interna di un gas monoatomico composto da 1,3 × 10 23 particelle è
di 2 kJ. Sapendo che il gas è contenuto in un recipiente di 15 L, qual è la
temperatura a cui sui trova e la pressione esercitata?
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Esercizi sul calore
ESERCIZIO C1
Un oggetto di rame e uno di alluminio sono rimasti esposti al sole per lo stesso
tempo, e mentre il primo, inizialmente a 20°C si è scaldato di 8°C, il secondo,
inizialmente a 22°C, si è scaldato di 12°C. Quali possono essere le
ragioni del differente aumento di temperatura?
ESERCIZIO C2
Calcola il calore necessario per portare 50 g di acqua da 20°C a 80°C.
ESERCIZIO C3
Calcola la diminuzione di temperatura di 1 kg mercurio il quale ha ceduto
2'170 J di calore.
ESERCIZIO C4
In 4 minuti vengono riscaldati 24 kg di ferro impiegando 721,5 Watt. Calcola
l'aumento di temperatura.
ESERCIZIO C5
Uno scaldabagno elettrico impiega 160 minuti a riscaldare di 60°C una massa
di 2'400 litri di acqua. Calcola la sua potenza in kW
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ESERCIZIO C6
Ad un blocco di stagno sono stati forniti 8'085 J di calore. Sapendo che l'aumento
di temperatura è stato di 25 °C, calcola la massa del blocco.
ESERCIZIO C7
Un blocco di alluminio di 10 kg si trova alla temperatura di 20 gradi. Viene
immerso in un recipiente contenente acqua più calda. Se l'acqua gli fornisce
4,186 × 10 5 J di calore, quale temperatura raggiunge il metallo? Se al posto
dell’alluminio si sarebbe impiegato del ferro quale temperatura avrebbe raggiunto?
ESERCIZIO C8
Ad un blocco di 1,8 kg una certa sostanza sono stati forniti 21'645 J di calore.
Sapendo che l'aumento di temperatura è stato di 25°C, trova di che sostanza
si tratta.
ESERCIZIO C9
Su un fornello che fornisce 1'046,5 J al secondo vengono posti 500 g di acqua
alla temperatura di 20°C. Supponendo che tutto il calore fornito vada a riscaldare
l'acqua, quale temperatura raggiunge dopo 1 minuto?
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ESERCIZIO C10
Una sferetta metallica di 200 g viene riscaldata in un forno fino alla temperatura
di 400 gradi. Poi viene immersa in un recipiente che contiene 2 kg di acqua
a 20 gradi. Sapendo che i due corpi raggiungono la temperatura di equilibrio
di 22 gradi calcola:
1. La quantità di calore acquistata dall’acqua.
2. Il calore specifico della sferetta.
ESERCIZIO C11
La fusione consiste nel passaggio dallo stato solido a quello liquido. Durante
il passaggio di stato la temperatura resta costante e tutta l’energia fornita viene
impiegata per allontanare gli atomi gli uni dagli altri.
L’equazione che determina il calore necessario per fondere una certa sostanza
è data da:
Q = m ⋅ λ
fusione
fusione
dove λ fusione è una costante caratteristica di ogni sostanza (unità: J/kg) che
fonde detta calore latente di fusione.
Se si hanno 200 grammi di ghiaccio a -6°C e gli si forniscono 8,4 × 10 4 J di
calore, quale temperatura raggiunge l'acqua così ottenuta?
(λ fusione (acqua)= 335 J/g)
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Esercizi sull'equilibrio termico
ESERCIZIO ET1
In un recipiente perfettamente isolato sono mischiati 150 g di mercurio a 30°C
con 250 g di mercurio a 38°C. Si determini la temperatura finale.
ESERCIZIO ET2
In un thermos sono mischiati 4,5 kg di acqua a 20°C con 2 kg di acqua a
56°C. Calcola la temperatura finale.
ESERCIZIO ET3
In un recipiente perfettamente isolato, dove si trovano 100 g di acqua a 30°C,
viene immerso un pezzo di vetro di 200 g. Se la temperatura finale del tutto si
stabilizza al valore di 57°C, si calcoli la temperatura iniziale del vetro.
ESERCIZIO ET4
In un recipiente perfettamente isolato contenente 200 g di acqua a 30°C,
vengono posti un cubetto di alluminio di 150 g a 80°C, e uno di ferro di 170 g
a 100°C. Si determini la temperatura finale.
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ESERCIZIO ET5
In un recipiente perfettamente isolato sono mischiati due liquidi il primo con
massa doppia dell’altro. Sapendo che la temperatura di equilibrio è pari alla
media aritmetica delle loro temperature iniziali, calcola c 1 /c 2 .
ESERCIZIO ET6
In un recipiente perfettamente isolato si trovano
a destra 48 g di idrogeno a 290 K
mentre a sinistra 9,033 ×10 24 atomi di argon
a 380 K separati da un setto mobile isolante
e a tenuta stagna. Se il setto di separazione,
di spessore trascurabile, è tolto, calcolala
temperatura di equilibrio.
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Risultati
LP1 L = − 31,88 J LP2 L = 147,2 J LP3 h = 36'697 m
LP4 P = 687W
LP5 L = 9 J
LP6 L = 15'000 J
LP7 L = 9' 960 J
EI1
6
U
He= 1,657 × 10 J
6
UO= 2,762 × 10 J
EI 2
6
U = 6,333×
10 J EI 3
T = 371,3 K
p = 44'440 Pa
C2
Q = 12'558 J C3 ∆θ = − 15,5° C C4 ∆θ = 15°C
C5 P = 62,79 kW C6 m = 1,4 kg C7
C8 Ferro C9 θ f = 50°C C10
C11
θ =
finale
o
17,02 C
θ (Al) = 66,72 o
C
finale
o
θ (Fe)=107,0 C
finale
Q = 16'740 J;
c = 221,5 J/kg°C
ET1
ET4
finale
o
35 C
θ = ET2
o
θ
finale
= 41,81 C ET5
finale
o
31,08 C
θ = ET3
2
o
θ
2
= 124,5 C
c1
1
= ET6 T = 324,6 K
c 2
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