I.T.T. «G. MARCONI» - PADOVA Via Manzoni, 80 … del teorema dell’energia cinetica e del...

Prof.ssa S. Turra 1

I.T.T. «G. MARCONI» - PADOVA Via Manzoni, 80 – 35126 Padova – Tel.: 049/8040211 – Fax 49/8040277

e-mail: [email protected] - [email protected] [email protected] - sito: www.itismarconipadova.it

Istituto Tecnico per il Settore Tecnologico

MD_PRS01

Rev. 0 Data: 01-06-2017

PROGRAMMA SVOLTO

DOCENTE TURRA STEFANIA I.T.P. VERONESE MARIA GRAZIA

MATERIA SCIENZE INTEGRATE: FISICA CLASSE 2 D

Testo adottato: L’Amaldi Verde: Meccanica e L’Amaldi Verde: Termodinamica, Onde, Elettromagnetismo di U.

Amaldi Ed. Zanichelli

Contenuti: titolo dell'unità didattica con indicazioni puntuali

Tipo di attività da svolgere per

recuperare contenuti e competenze

MECCANICA

-Ripasso delle leggi orarie del moto rettilineo uniforme, uniformemente accelerato e circolare

uniforme. Ripasso dei principi della dinamica.(argomenti svolti in classe prima)

UDA ENERGIA

1) I PRINCIPI DI CONSERVAZIONE - ENERGIA

E LAVORO

-Il lavoro.

-Il lavoro compiuto da una forza non parallela allo

spostamento.

-Il prodotto scalare.

-La potenza.

-L’energia

-L’energia cinetica.

-L’energia potenziale : gravitazionale ed elastica.

-La conservazione dell’energia meccanica.

-La conservazione dell’energia totale.

- La quantità di moto.

-L’impulso.

- La conservazione della quantità di moto.

-Gli urti

a) studiare utilizzando:

- il libro di testo da pag. 260 a pag. 279

con le mappe dei concetti presenti

nell’eBook

-la lezione di fisica fornita nel corso

dell’anno scolastico: N 1 LAVORO ED

ENERGIA per poter così individuare

più facilmente i concetti significativi di

ogni UDA (Unità Di Apprendimento)

b)

-rifare gli esercizi assegnati per casa

durante l’anno scolastico

-rifare tutti i problemi svolti del

paragrafo nel libro di testo

-rispondere al test I GIOCHI DI

ANACLETO pag. 295

-Svolgere gli esercizi allegati al

presente programma (ALLEGATO 1)

UDA TERMOLOGIA

1) LA TEMPERATURA

-Il termometro.

-Le scale termometriche.

-La dilatazione termica .

-La dilatazione termica dei solidi e dei liquidi.




nell’eBook


dell’anno scolastico: N 2

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TEMPERATURA E CALORE per

poter così individuare più facilmente i

concetti significativi di ogni UDA

(Unità Di Apprendimento)

b)






ANACLETO pag. 322



2) IL CALORE

-La trasmissione di energia mediante il calore e il lavoro.

-La capacità termica e il calore specifico.

-La legge fondamentale della termologia.

-Il calorimetro.

-La temperatura di equilibrio termico.

-Le sorgenti di calore e il potere calorifico.

-Quantità di calore e sua misura.

-La propagazione del calore.

-I passaggi tra stati di aggregazione.




nell’eBook



TEMPERATURA E CALORE per

poter così individuare più facilmente i

concetti significativi di ogni UDA

(Unità Di Apprendimento)

b)






ANACLETO pag. 349



Prof.ssa S. Turra 3

UDA TERMODINAMICA

1) TERMODINAMICA

-L’equilibrio dei gas.

-L’effetto della temperatura sui gas.

-Le trasformazioni e le leggi dei gas.

-L’equazione di stato dei gas perfetti.

-Il modello molecolare e cinetico della materia.

-Gli scambi di energia.

-Il sistema termodinamico.

-Le trasformazioni termodinamiche.

-Primo principio della termodinamica.

-Applicazione del primo principio.

-Definizione di calore specifico di un gas a pressione

costante e a volume costante.

-Macchina termica.

-Secondo principio della termodinamica.

-Rendimento di una macchina termica ideale.

-Rendimento di una macchina termica .




nell’eBook

-le lezioni di fisica fornite nel corso

dell’anno scolastico: N 3 I GAS E LE

TRASFORMAZIONI e N 4

TERMODINAMICA per poter così

individuare più facilmente i concetti

significativi di ogni UDA (Unità Di

Apprendimento)

b)






ANACLETO nell’eBook



ELETTROMAGNETISMO

UDA ELETTROSTATICA

1) LE CARICHE ELETTRICHE

-Elettrizzazione per strofinio.

-Conduttori e isolanti.

-Elettrizzazione per contatto. L’elettroscopio.

-Elettrizzazione per induzione.

-La carica elettrica. Il Coulomb.

-Conservazione della carica elettrica.

-La legge di Coulomb.

-La struttura degli atomi.




nell’eBook



ELETTROSTATICA per poter così



Apprendimento)

b)






ANACLETO pag. 426



Prof.ssa S. Turra 4

2) IL CAMPO ELETTRICO E IL POTENZIALE

ELETTRICO

-Il concetto di campo in generale. Il campo

gravitazionale.

-Il campo elettrico.

-Il vettore campo elettrico.

-L’energia potenziale elettrica e potenziale elettrico in un

punto

-Potenziale nel campo generato da una carica puntiforme.

-Relazione tra campo e potenziale.

-Moto di una carica in un campo elettrico..

-La differenza di potenziale.




nell’eBook



ELETTROSTATICA per poter così



Apprendimento)

b)







UDA CIRCUITI: CARICHE E CORRENTI ELETTRICHE

1) LA CORRENTE ELETTRICA

-L’intensità della corrente elettrica.

-I generatori di tensione.

-I circuiti elettrici.

-I conduttori metallici.

-Le leggi di Ohm.

-Resistenze collegate in serie e in parallelo.

-Lo studio dei circuiti elettrici.

-f.e.m. di un circuito elettrico.

-Il calore prodotto dalla corrente elettrica.

-La conservazione dell’energia.

-L’effetto Joule




nell’eBook

-la lezione di fisica: N 7 I CIRCUITI

ELETTRICI per poter così individuare

più facilmente i concetti significativi di

ogni UDA (Unità Di Apprendimento)

b)






ANACLETO nell’eBook



ATTIVITA’ DI LABORATORIO

Schede delle esperienze sul quaderno elettronico

Piano di esodo e Regolamento di laboratorio.

Impulso e quantità di moto, schema di principio e di montaggio e sua analisi. Esecuzione ed

elaborazione delle misure.

Verifica del teorema dell’energia cinetica e del Principio di conservazione dell'energia

meccanica. Quantificazione:

a) del Lavoro fatto su un sistema meccanico dalla forza di gravità;

b) delle variazioni subite dall’ energia cinetica e dall’ energia potenziale del sistema

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meccanico esaminato.

Elaborazione delle misure e calcolo degli errori relativi ed assoluti associati, registrazione

corretta delle misure. Analisi dei risultati, e revisione critica dell’esperienza.

Dilatazione lineare di alluminio, acciaio e ottone: misurazioni dei coefficienti di dilatazione.

Elaborazione delle misure, calcolo degli errori relativi e assoluti associati ai coefficienti di

dilatazione e formalizzazione corretta dei risultati.

Esperienza di Calendar per determinare la relazione tra lavoro e calore. Bilancio energetico e

ricerca del fattore di conversione J /cal.

Esperienza applicativa del primo principio della termodinamica in un sistema isolato:

Bilancio energetico del calorimetro ed effetto Joule: misure dell’equivalente termico del

lavoro e dell’equivalente meccanico della caloria;

Relazione tra calore fornito e variazione di temperatura T = f (E) con m = k e misura

sperimentale del calore specifico dell’acqua.

Schema del circuito elettrico di alimentazione delle resistenze immerse e suo montaggio ed

esecuzione delle misurazioni di temperatura, tempo, d.d.p. e I. Recupero delle abilità di

rappresentazione grafica di dati per determinare la capacità termica dell’acqua attraverso il

calcolo del coefficiente angolare.

Definizione di d.d.p.: rapporto tra l’Energia fornita dall’alimentatore elettrico e la quantità di

carica circolata nel riscaldatore elettrico nel tempo di chiusura del circuito.

Elaborazione delle misure, calcolo degli errori relativi ed assoluti, formalizzazione e analisi

dei risultati.

Campo elettrico all’interno di un conduttore carico: visione e commento del film “La Legge di

Coulomb

Esperimenti di elettrostatica: elettroscopio, fenomeni di elettrizzazione per strofinio, per

contatto, per induzione e riconoscimento della carica indotta. Potere disperdente delle punte,

gabbia di Faraday. Generatori elettrostatici: elettroforo di Volta e generatore di Van de Graff.

Caratteristiche degli strumenti elettrici, classe di precisione degli strumenti analogici, errore

assoluto massimo e suo calcolo; simboli dei principali elementi circuitali, schemi di circuiti

elettrici semplici.

Realizzazione di circuiti elementari - Uso degli strumenti in ordine all’effettuazione corretta

delle misura e al loro inserimento nel circuito. Misure di intensità di corrente e di differenza

di potenziale: verifica della 1° Legge di Ohm.

Elaborazione grafica e analitica delle misure di d.d.p. e I. Applicazione delle regole di

propagazione degli errori e calcolo degli errori relativo e assoluto associati alla resistenza,

formalizzazione corretta della misura.

Analisi guidata del grafico (V, I): calcolo del coefficiente angolare e riconoscimento del suo

significato fisico.

Analisi guidata di semplici circuiti: collegamenti di resistenze in serie e in parallelo. Misure

di tensione e corrente sulle singole resistenze e ai capi della serie e del parallelo.

Spettri magnetici: Linee di forza e spettri magnetici di magneti. Linee di forza e campo

magnetico generato: da una corrente rettilinea, da una spira e da un solenoide.

Induzione elettromagnetica - esperimenti di elettromagnetismo: forza magnetica su un filo

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percorso da corrente in un campo magnetico.

Induzione elettromagnetica: esperimenti di Faraday -verifica delle legge di Lenz. Tensione

indotta e accoppiamento tra bobina di campo e bobina indotta – mutua induzione col metodo

degli impulsi di tensione.

Rapporto di trasformazione delle tensioni nel funzionamento a vuoto del trasformatore.

Gli esercizi degli allegati devono essere svolti anche dagli allievi promossi perché propedeutici

alla classe successiva.

DATA 7/6/2018

I Rappresentanti di classe: firmato I Docenti: firmato

Prof.ssa Stefania Turra

Prof.ssa M. Grazia Veronese

Prof.ssa S. Turra 7

ALLEGATO 1

1) Calcolate il lavoro compiuto nella spinta di un carrello di 3 m con una forza costante di 150 N avente la stessa direzione dello spostamento.

2) Un operatore tira un carrello per mezzo di una fune formante un angolo di 60° col piano orizzontale su cui si sposta il carrello. Calcolate lo spostamento del carrello se l’operatore compie un lavoro di 400 J impiegando una forza di 100 N. 3) Uno studente tira un vagone su una rotaia per mezzo di una fune formante un angolo di 45° con l’orizzontale. La forza esercitata è di 400 N e il vagone si muove di 2 m. Calcolate il lavoro compiuto. 4) Un blocco di 5 kg di massa viene innalzato di 2 m in 3 secondi. Calcolare il lavoro effettuato e la potenza. 5) Una slitta viene trascinata per 8 m lungo il suolo. La forza applicata alla slitta, mediante una corda, è di 75 N e l’angolo fra la corda e il terreno è di 30°. Trovare il lavoro realizzato.

6) Una pistola di massa 0,3 kg spara un proiettile di massa 20 g alla velocità di 700 m/s. Calcolare la velocità di rinculo della pistola. 7) Un corpo di massa 20 kg è spinto verso l’alto, lungo una salita, da una forza costante. Durante la salita il corpo mantiene una accelerazione costante di 0,6 m/s2 . Calcolare il lavoro compiuto dalla forza in 80 s e la potenza sviluppata. Si trascurino gli attriti e si supponga la pendenza di 30°. Considerare il corpo inizialmente fermo. 8) Ad un corpo puntiforme di massa 5 kg, in moto con velocità v1 = 3 m/s, viene applicata per 10 s una forza che agisce nella stessa direzione del moto e compie un lavoro di 150 J. Calcolare la velocità raggiunta dal corpo dopo i 10 s, il valore della forza e lo spazio percorso. 9) La pallina da tennis della figura ha una massa di 50 g. Arriva nel punto A con una velocità di 10 m/s, scende lungo il piano inclinato senza attrito, passa per il punto B e arriva nel punto C. Nel tratto orizzontale BC, lungo 10 m, sulla pallina agisce una forza di attrito di 0,5 N.

a) Calcola l’energia meccanica della pallina nel punto A b) Con quale velocità la pallina arriva nel punto B? c) Calcola l’energia cinetica della pallina nel punto C

10) Un ragazzo spinge il suo banco per 2, 5 m sul pavimento dell’aula, privo di attrito, con una forza di 50 N. Quanto lavoro compie il ragazzo se la forza applicata è.

a. orizzontale b. inclinata di 45° rispetto al pavimento?

ALLEGATO 2

1) A che temperatura, in gradi Fahrenheit, corrisponde una temperatura di 245 K? 2) Un’asta di metallo si allunga dello 0,2% per un aumento di temperatura di 250 K. Qual è il coefficiente di dilatazione lineare e cubica del metallo in questione?

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3) Un recipiente cilindrico alto 30 cm, la cui area di base risulta 110cm2, è riempito fino a metà di

glicerina ( = 0,53 x 10-3 K-1). La temperatura del recipiente e del liquido passa dagli iniziali 350 K a 420 K. Trascurando la dilatazione del recipiente, determina il livello finale del liquido. 4) L’acqua di uno scaldabagno da 80 litri è portata da 15 °C a 90 °C. Qual è la quantità di

calore, espressa in joule, occorrente per fare tale operazione? Se lo scaldabagno ha una

potenza di 2 KW, per quante ore lo scaldabagno resta in funzione?

5) Si mescolano due quantità di acqua m1 = 100 g e m2 =200 g alle temperature rispettive t1 = 20 °C e t2 = 100 °C. Quale sarà la temperatura di equilibrio? Quanto il calore assorbito dall’acqua fredda?

(Ris. 73 °C)

6) Si mescolano due quantità d’acqua di cui m1 = 250 g è inizialmente alla

temperatura di 20 °C. La temperatura finale di equilibrio è di 50°C. Quanti grammi di

acqua calda si devono versare alla temperatura di 80 °C? A quale temperatura

dovrebbe essere versata una quantità d’acqua di 500g? (Ris. 250 g, 65 °C)

7) In un calorimetro con 100 g di acqua fredda alla temperatura di 20 °C viene versata

una massa metallica di 200 g alla temperatura di 100 °C. La temperatura di equilibrio è

di 25 °C. Le pareti del calorimetro sono equivalenti ad una massa d’acqua aggiuntiva

di 40 g. Calcolare il calore specifico e la capacità termica della lega metallica (Ris.

0,195 J/g °K)

8) Due sostanze di calore specifico e massa rispettivamente: c1 = 300 J/kg °K, m1=200

g, c2 = 500 J/kgK, m2 = 100 g, inizialmente alle temperature t1 = 20 °C e t2 = 40 °C,

vengono messe a contatto fino a raggiungere la temperatura di equilibrio. Determinare

tale temperatura. Ricavare il calore ceduto dal corpo caldo e verificare che è pari al

calore assorbito dal corpo freddo. (Ris. 29,1°C)

9) 10 g di ghiaccio a – 10 °C sono riscaldati con un calore di 6000 J. Calcolare la temperatura finale del ghiaccio, nel frattempo divenuto acqua. (cghiaccio =2090J/kgK e Lf = 334 J/g)

(Ris. 53,5 °C)

10) Calcolare la quantità di calore necessaria a scaldare 1 g di ghiaccio dalla temperatura di -20 °C alla temperatura di +20 °C . (Ris. 501,6 J) 11) Da una bombola contenente ossigeno a 27 °C viene fatto uscire del gas mantenendo costanti il volume e la pressione finchè il numero di molecole non si è ridotto di un fattore 2/3. Quanto vale la nuova temperatura del gas?

ALLEGATO 3

Prof.ssa S. Turra 9

ESERCIZI DI TERMODINAMICA: 1° PRINCIPIO 1)Un gas perfetto biatomico con volume e pressione iniziali Vo = 2l e Po = 1 atm, triplica il suo

volume eseguendo una trasformazione reversibile che, nel piano P-V , è rappresentata da un

segmento di retta di equazione P=KV.(vedi figura)

Si calcoli:

La variazione di energia interna, il lavoro e il calore scambiati durante la trasformazione

SOLUZIONE

La costante K che compare nell’equazione della retta , deve avere valore ½

Equazione di stato dei gas perfetti

PV = nRT

Stato A Stato B

Pressione (atm) 1

3

Volume (l) 2

6

Temperatura (K) 2/nR

18/nR

Variazione di energia interna

∆U= = =40 l*atm = 40 x 102 J

Lavoro (positivo )

Basta calcolare l’area del trapezio indicato in figura 8 l*atm

Prof.ssa S. Turra 10

Calore

Poiché

∆Q = L + ∆U

Il calore scambiato è pari a 48 l*atm = 45 x 102 J.


Si comprime l’aria dentro una pompa da bicicletta, esercitando sullo stantuffo una forza

di 40 N e spostandolo di 20 cm. Attraverso la parete della pompa esce una quantità di calore di 3 J. Di quanto varia l’energia interna contenuta nella pompa

Si consideri una macchina termica ideale con rendimento del 65%. Questa macchina termica lavora tra due sorgenti: la sorgente fredda è a temperatura 20°C.

a) Qual è la temperatura della sorgente calda? b) quanto lavoro riesce a compiere la macchina termica se il calore assorbito è

1000 J? c) Se la macchina produce in un ciclo una potenza di 80 kW, quanta potenza

assorbe?

Una macchina termica ciclica fornisce lavoro prelevando calore dalla sorgente calda, alla temperatura di 500 °C, e scaricando il calore degradato nel serbatoio freddo, alla temperatura di 70°C.

d) Qual è il rendimento ideale della macchina? e) Qual è il rendimento reale sapendo che è 1/4 di quello ideale?


(Pcal benzina = 11000Cal/kg, La densità della benzina è 734 kg/m3 )


ALLEGATO 4

1. Due cariche rispettivamente di – 10 n C e di + 2 n C vengono messe a contatto poi allontanate a 30 cm di distanza.

a) Quanto vale ogni carica dopo il contatto? b) Qual è l’intensità della forza fra le cariche?

2. Calcolare, dopo averla rappresentata graficamente, la forza esercitata su una carica

puntiforme di +4x10-8 C, posta nel punto di mezzo del segmento che congiunge due cariche puntiformi di -20x10-8 e +5x10-8 C, distanti fra loro 20 cm.

3. Su un protone, agisce una forza elettrica la cui intensità è 8x10-16 N .

a) Se il protone è libero di muoversi, sapendo che la sua massa è circa 1,6 x 10-27 kg qual è la sua accelerazione?

b) Quanto spazio percorrerà in 2 x 10-7 secondi?

4. Un corpo carico A cede per contatto 35 miliardi di elettroni al corpo neutro B. Qual è ,in Coulomb, la carica trasferita? Qual è il segno della carica di B, dopo aver ricevuto gli elettroni?

5. Ad un vertice A di un rettangolo di 3x4 cm si pone una carica di -20x10-12 C, e ai

due vertici adiacenti, B e D, si pongono cariche di +10x10-12 C. Calcolare la forza elettrica agente sulla carica posta sul vertice A.

6. Quanto lavoro W si richiede per trasportare una carica di 5x10-8 C da un punto nell’

aria avente un potenziale pari a 4x10-6 V ad un altro punto avente un potenziale

pari a 20x10-6 V ?


ALLEGATO 5

1. Una stufa elettrica di 8 ohm assorbe 15 A dalla rete di servizio. Calcola la potenza sviluppata in Watt e in cal/s. Se il costo per ogni kilowattora è di 0,18 € e si spendono 3,6 € al giorno, calcola quanto tempo resta accesa la stufa.

2. Calcolare la resistenza di una sbarra di rame temperato lunga 1 m e del diametro di

8 mm, se la resistività del materiale è 1,756 x 10-8 ohm x m. 3) Per il circuito riprodotto in figura, determinare la resistenza equivalente e la corrente I che circola

nella batteria.

4) Un riscaldatore elettrico ha una potenza di 1000 W e funziona a 220 V.

Se il riscaldatore è immerso in un recipiente isolato che contiene 20,0 kg di acqua, di quanto aumenta la temperatura dell’acqua in 5,0 minuti? Si assuma che il 100% del calore sia assorbito dall’acqua.

Quanto vale la resistenza elettrica del riscaldatore?

5) Quattro resistenze sono disposte come nella figura seguente e alimentate da una differenza

di potenziale di 210 V. R2 = 20 Ω

R1 = 100 Ω

R3 = 60 Ω R4 = 10 Ω

ΔV = 210 V

Calcolare:

a. la resistenza equivalente del circuito

b. il valore della d.d.p. che misurerebbe il voltmetro ai capi di R1

c. il valore che misurerebbe l’amperometro inserito nel ramo di R2


ALLEGATO 1

1) Calcolate il lavoro compiuto nella spinta di un carrello di 3 m con una forza costante di 150 N avente la stessa direzione dello spostamento.

2) Un operatore tira un carrello per mezzo di una fune formante un angolo di 60° col piano orizzontale su cui si sposta il carrello. Calcolate lo spostamento del carrello se l’operatore compie un lavoro di 400 J impiegando una forza di 100 N. 3) Uno studente tira un vagone su una rotaia per mezzo di una fune formante un angolo di 45° con l’orizzontale. La forza esercitata è di 400 N e il vagone si muove di 2 m. Calcolate il lavoro compiuto. 4) Un blocco di 5 kg di massa viene innalzato di 2 m in 3 secondi. Calcolare il lavoro effettuato e la potenza. 5) Una slitta viene trascinata per 8 m lungo il suolo. La forza applicata alla slitta, mediante una corda, è di 75 N e l’angolo fra la corda e il terreno è di 30°. Trovare il lavoro realizzato.

6) Una pistola di massa 0,3 kg spara un proiettile di massa 20 g alla velocità di 700 m/s. Calcolare la velocità di rinculo della pistola. 7) Un corpo di massa 20 kg è spinto verso l’alto, lungo una salita, da una forza costante. Durante la salita il corpo mantiene una accelerazione costante di 0,6 m/s2 . Calcolare il lavoro compiuto dalla forza in 80 s e la potenza sviluppata. Si trascurino gli attriti e si supponga la pendenza di 30°. Considerare il corpo inizialmente fermo. 8) Ad un corpo puntiforme di massa 5 kg, in moto con velocità v1 = 3 m/s, viene applicata per 10 s una forza che agisce nella stessa direzione del moto e compie un lavoro di 150 J. Calcolare la velocità raggiunta dal corpo dopo i 10 s, il valore della forza e lo spazio percorso. 9) La pallina da tennis della figura ha una massa di 50 g. Arriva nel punto A con una velocità di 10 m/s, scende lungo il piano inclinato senza attrito, passa per il punto B e arriva nel punto C. Nel tratto orizzontale BC, lungo 10 m, sulla pallina agisce una forza di attrito di 0,5 N.

a) Calcola l’energia meccanica della pallina nel punto A b) Con quale velocità la pallina arriva nel punto B? c) Calcola l’energia cinetica della pallina nel punto C

10) Un ragazzo spinge il suo banco per 2, 5 m sul pavimento dell’aula, privo di attrito, con una forza di 50 N. Quanto lavoro compie il ragazzo se la forza applicata è.

a. orizzontale b. inclinata di 45° rispetto al pavimento?


ALLEGATO 2

1) A che temperatura, in gradi Fahrenheit, corrisponde una temperatura di 245 K? 2) Un’asta di metallo si allunga dello 0,2% per un aumento di temperatura di 250 K. Qual è il coefficiente di dilatazione lineare e cubica del metallo in questione? 3) Un recipiente cilindrico alto 30 cm, la cui area di base risulta 110cm2, è riempito fino a metà di

glicerina ( = 0,53 x 10-3 K-1). La temperatura del recipiente e del liquido passa dagli iniziali 350 K a 420 K. Trascurando la dilatazione del recipiente, determina il livello finale del liquido. 4) L’acqua di uno scaldabagno da 80 litri è portata da 15 °C a 90 °C. Qual è la quantità di

calore, espressa in joule, occorrente per fare tale operazione? Se lo scaldabagno ha una

potenza di 2 KW, per quante ore lo scaldabagno resta in funzione?

5) Si mescolano due quantità di acqua m1 = 100 g e m2 =200 g alle temperature rispettive t1 = 20 °C e t2 = 100 °C. Quale sarà la temperatura di equilibrio? Quanto il calore assorbito dall’acqua fredda?

(Ris. 73 °C)

6) Si mescolano due quantità d’acqua di cui m1 = 250 g è inizialmente alla

temperatura di 20 °C. La temperatura finale di equilibrio è di 50°C. Quanti grammi di

acqua calda si devono versare alla temperatura di 80 °C? A quale temperatura

dovrebbe essere versata una quantità d’acqua di 500g? (Ris. 250 g, 65 °C)

7) In un calorimetro con 100 g di acqua fredda alla temperatura di 20 °C viene versata

una massa metallica di 200 g alla temperatura di 100 °C. La temperatura di equilibrio è

di 25 °C. Le pareti del calorimetro sono equivalenti ad una massa d’acqua aggiuntiva

di 40 g. Calcolare il calore specifico e la capacità termica della lega metallica (Ris.

0,195 J/g °K)

8) Due sostanze di calore specifico e massa rispettivamente: c1 = 300 J/kg °K, m1=200

g, c2 = 500 J/kgK, m2 = 100 g, inizialmente alle temperature t1 = 20 °C e t2 = 40 °C,

vengono messe a contatto fino a raggiungere la temperatura di equilibrio. Determinare

tale temperatura. Ricavare il calore ceduto dal corpo caldo e verificare che è pari al

calore assorbito dal corpo freddo. (Ris. 29,1°C)

9) 10 g di ghiaccio a – 10 °C sono riscaldati con un calore di 6000 J. Calcolare la temperatura finale del ghiaccio, nel frattempo divenuto acqua. (cghiaccio =2090J/kgK e Lf = 334 J/g)

(Ris. 53,5 °C)

10) Calcolare la quantità di calore necessaria a scaldare 1 g di ghiaccio dalla temperatura di -20 °C alla temperatura di +20 °C . (Ris. 501,6 J) 11) Da una bombola contenente ossigeno a 27 °C viene fatto uscire del gas mantenendo costanti il volume e la pressione finchè il numero di molecole non si è ridotto di un fattore 2/3. Quanto vale la nuova temperatura del gas?


ALLEGATO 3

ESERCIZI DI TERMODINAMICA: 1° PRINCIPIO 1)Un gas perfetto biatomico con volume e pressione iniziali Vo = 2l e Po = 1 atm, triplica il suo

volume eseguendo una trasformazione reversibile che, nel piano P-V , è rappresentata da un

segmento di retta di equazione P=KV.(vedi figura)

Si calcoli:

La variazione di energia interna, il lavoro e il calore scambiati durante la trasformazione

SOLUZIONE

La costante K che compare nell’equazione della retta , deve avere valore ½

Equazione di stato dei gas perfetti

PV = nRT

Stato A Stato B

Pressione (atm) 1

3

Volume (l) 2

6

Temperatura (K) 2/nR

18/nR

Variazione di energia interna

∆U= = =40 l*atm = 40 x 102 J

Lavoro (positivo )

Basta calcolare l’area del trapezio indicato in figura 8 l*atm


Calore

Poiché

∆Q = L + ∆U

Il calore scambiato è pari a 48 l*atm = 45 x 102 J.


Si comprime l’aria dentro una pompa da bicicletta, esercitando sullo stantuffo una forza

di 40 N e spostandolo di 20 cm. Attraverso la parete della pompa esce una quantità di calore di 3 J. Di quanto varia l’energia interna contenuta nella pompa

Si consideri una macchina termica ideale con rendimento del 65%. Questa macchina termica lavora tra due sorgenti: la sorgente fredda è a temperatura 20°C.

f) Qual è la temperatura della sorgente calda? g) quanto lavoro riesce a compiere la macchina termica se il calore assorbito è

1000 J? h) Se la macchina produce in un ciclo una potenza di 80 kW, quanta potenza

assorbe?

Una macchina termica ciclica fornisce lavoro prelevando calore dalla sorgente calda, alla temperatura di 500 °C, e scaricando il calore degradato nel serbatoio freddo, alla temperatura di 70°C.

i) Qual è il rendimento ideale della macchina? j) Qual è il rendimento reale sapendo che è 1/4 di quello ideale?


(Pcal benzina = 11000Cal/kg, La densità della benzina è 734 kg/m3 )


ALLEGATO 4

7. Due cariche rispettivamente di – 10 n C e di + 2 n C vengono messe a contatto poi allontanate a 30 cm di distanza.

a) Quanto vale ogni carica dopo il contatto? b) Qual è l’intensità della forza fra le cariche?

8. Calcolare, dopo averla rappresentata graficamente, la forza esercitata su una carica

puntiforme di +4x10-8 C, posta nel punto di mezzo del segmento che congiunge due cariche puntiformi di -20x10-8 e +5x10-8 C, distanti fra loro 20 cm.

9. Su un protone, agisce una forza elettrica la cui intensità è 8x10-16 N .

a) Se il protone è libero di muoversi, sapendo che la sua massa è circa 1,6 x 10-27 kg qual è la sua accelerazione?

b) Quanto spazio percorrerà in 2 x 10-7 secondi?

10. Un corpo carico A cede per contatto 35 miliardi di elettroni al corpo neutro B. Qual è ,in Coulomb, la carica trasferita? Qual è il segno della carica di B, dopo aver ricevuto gli elettroni?

11. Ad un vertice A di un rettangolo di 3x4 cm si pone una carica di -20x10-12 C, e ai

due vertici adiacenti, B e D, si pongono cariche di +10x10-12 C. Calcolare la forza elettrica agente sulla carica posta sul vertice A.

12. Quanto lavoro W si richiede per trasportare una carica di 5x10-8 C da un punto nell’

aria avente un potenziale pari a 4x10-6 V ad un altro punto avente un potenziale

pari a 20x10-6 V ?

22

ALLEGATO 5

3. Una stufa elettrica di 8 ohm assorbe 15 A dalla rete di servizio. Calcola la potenza sviluppata in Watt e in cal/s. Se il costo per ogni kilowattora è di 0,18 € e si spendono 3,6 € al giorno, calcola quanto tempo resta accesa la stufa.

4. Calcolare la resistenza di una sbarra di rame temperato lunga 1 m e del

diametro di 8 mm, se la resistività del materiale è 1,756 x 10-8 ohm x m. 3) Per il circuito riprodotto in figura, determinare la resistenza equivalente e la corrente

I che circola nella batteria.

4) Un riscaldatore elettrico ha una potenza di 1000 W e funziona a 220 V.

Se il riscaldatore è immerso in un recipiente isolato che contiene 20,0 kg di acqua, di quanto aumenta la temperatura dell’acqua in 5,0 minuti? Si assuma che il 100% del calore sia assorbito dall’acqua.

Quanto vale la resistenza elettrica del riscaldatore?

5) Quattro resistenze sono disposte come nella figura seguente e alimentate da una

differenza

di potenziale di 210 V. R2 = 20 Ω

R1 = 100 Ω

R3 = 60 Ω R4 = 10 Ω

ΔV = 210 V

Calcolare:

a. la resistenza equivalente del circuito

b. il valore della d.d.p. che misurerebbe il voltmetro ai capi di R1

c. il valore che misurerebbe l’amperometro inserito nel ramo di R2

I.T.T. «G. MARCONI» - PADOVA Via Manzoni, 80 … del teorema dell’energia cinetica e del...

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