Testo del compito del 20/06/08

COMPITO 1A (20/06/08)
Nome e Cognome _______________________________
! Definire il rendimento delle attività umane. Spiegare perchè il funzionamento del corpo
umano non è assimilabile a quello di una macchina termica.
! La differenza di energia tra il primo livello eccitato e lo stato fondamentale dell!atomo di
H è pari a "E=10.2 eV.
Qual!è la lunghezza d!onda in Å del fotone emesso per il decadimento dell!elettrone dal
primo livello eccitato allo stato fondamentale?
Quale deve essere la temperatura di un gas perfetto monoatomico perchè l!energia
cinetica media delle sue particelle sia pari a "E?
! 100 g di H2 si trovano alla pressione di 1 atm ed alla temperatura di 25 °C, qual!è il
volume occupato?
Se il gas viene compresso isotermicamente e portato alla pressione di 2 atm, quanto
calore viene ceduto?
Qual!è la variazione di entropia del gas?
! Un calorimetro contiene una massa d!acqua ma=100 g alla temperatura Ta=20 °C.
Si inserisce un blocco di ghiaccio di massa mg=20 g alla temperatura di Tg=-10 °C.
Qual!è lo stato finale (solido, liquido o miscela dei due) e la temperatura finale del
sistema? Si trascuri la capacità termica del calorimetro.
Nel calorimetro viene poi inserita una resistenza R=8 # attaccata ai poli di una batteria
con V=10 V.
Per quante ore deve circolare corrente prima che tutta l!acqua sia evaporata? Si
trascurino le perdite di calore e si assuma che il vapore possa fuoriuscire in modo da
mantenere la pressione costante.
Numeri utili
velocità luce
3.0 108 m s-1
press. atmosferica
carica elettrone
1.60 10-19 C
costante dei gas
massa elettrone
9.11 10-31 Kg
cal. spec. ghiaccio
costante Planck
6.62 10-34 J s
cal. lat. fusione H2O
80 Kcal Kg-1
1.38 10-23 J K-1
cal. lat. vapor. H2O
540 Kcal Kg-1
costante Boltzmann
eq. mecc. caloria
1.01 105 Pa
8.31 J mol-1 K-1
0.5 Kcal Kg-1 °C-1
4.186 J/cal
COMPITO 1B (20/06/08)
Nome e Cognome _______________________________
! Spiegare come si determina il campo magnetico all!interno di un solenoide. Cosa
succede se il solenoide è avvolto ad un nucleo di materiale ferromagnetico?
! Per ionizzare un atomo di idrogeno nello stato fondamentale occorre un!energia di
almeno "E=13.6 eV.
Qual!è la lunghezza d!onda massima di un fotone perchè possa ionizzare l!atomo di
idrogeno?
Quale deve essere la temperatura di un gas perfetto monoatomico perchè l!energia
cinetica media delle sue particelle sia pari a "E?
! 1 kg di N2 si trova alla pressione di 2 atm ed alla temperatura di 35 °C, qual!è il volume
occupato?
Se il gas viene compresso isotermicamente e portato alla pressione di 3 atm, quanto
calore viene ceduto?
Qual!è la variazione di entropia del gas?
! Un calorimetro contiene una massa d!acqua ma=200 g alla temperatura Ta=20 °C.
Si inserisce un blocco di ghiaccio di massa mg=20 g alla temperatura di Tg=-10 °C.
Qual!è lo stato finale (solido, liquido o miscela dei due) e la temperatura finale del
sistema? Si trascuri la capacità termica del calorimetro.
Nel calorimetro viene poi inserita una resistenza R=5 # in cui circola una corrente i=2 A.
Per quanto ore deve circolare corrente prima che il sistema si trovi alla temperatura di
90 °C? Si trascurino le perdite di calore.
Numeri utili
velocità luce
3.0 108 m s-1
press. atmosferica
carica elettrone
1.60 10-19 C
costante dei gas
massa elettrone
9.11 10-31 Kg
cal. spec. ghiaccio
costante Planck
6.62 10-34 J s
cal. lat. fusione H2O
80 Kcal Kg-1
1.38 10-23 J K-1
cal. lat. vapor. H2O
540 Kcal Kg-1
costante Boltzmann
eq. mecc. caloria
1.01 105 Pa
8.31 J mol-1 K-1
0.5 Kcal Kg-1 °C-1
4.186 J/cal
COMPITO 2A (20/06/08)
Nome e Cognome _______________________________
! Spiegare come si determina l!energia immagazzinata all!interno di un condensatore. Se
il condensatore è a facce piane e parallele quanto vale l!energia per unità di volume in
funzione del valore del campo elettrico?
! Un elettrone nel vuoto è accelerato tra due placche conduttrici poste alla differenza di
potenziale V=5 V.
Se l!elettrone parte da fermo dalla placca -, quali sono la sua energia e la sua velocità
quando arriva alla placca +?
Quale deve essere la temperatura di un gas perfetto monoatomico perchè la velocità
tipica delle particelle (massa m=1.67 10-27 Kg) sia uguale a quella dell!elettrone?
Qual!è la lunghezza d!onda di un fotone che ha la stessa energia dell!elettrone?
! 200 g di O2 si trovano alla temperatura di 20 °C ed occupano un volume di 200 litri,
qual!è la pressione del gas in atmosfere?
Se il gas subisce una trasformazione isobara ed il suo volume viene dimezzato, quanto
calore viene ceduto?
Qual!è il lavoro esterno compiuto sul gas?
! Una persona di massa m=75 kg deve salire ad un!altezza di 100 m.
Quanta energia interna deve consumare in totale se solo il 20% viene utilizzato per
produrre lavoro utile?
Quanto calore deve essere dissipato per mantenere costante la temperatura corporea?
Quanto sudore deve evaporare per dissipare il calore in eccesso?
Se la potenza massima che può arrivare a generare è 5 kcal/h/kg , qual!è il tempo
minimo richiesto per salire il dislivello?
Numeri utili
velocità luce
3.0 108 m s-1
carica elettrone
1.60 10-19
C
costante
Numeri
utili dei gas
press. atmosferica
carica elettrone
massa
elettrone
-19 C
1.6010
10-31
9.11
Kg
cal. spec. ghiaccio
massa
elettrone
costante
Planck
-34 Kg
9.11 10-31
6.62
Js
cal. lat. fusione H22O
costante Boltzmann
-23
-1
1.38 10-23
J K-1
cal. lat. vapor. H22O
costante dei gas
8.31 J mol-1 K-1
eq. mecc. caloria
1.01 105 Pa
8.31 J mol-1 K-1
-1 -1
-1 °C
Kcal
0.50.5
Kcal
KgKg
-1
80 Kcal Kg-1
-1
540 Kcal Kg-1
4.186 J/cal
COMPITO 2B (20/06/08)
Nome e Cognome _______________________________
! Come si determina il verso spontaneo di una trasformazione irreversibile tra due stati A
e B di un sistema S? Discutere un esempio a scelta.
! Un elettrone nel vuoto si muove tra la armature di un condensatore poste alla differenza
di potenziale V. Se parte con velocità v=1000 km/s dalla placca positiva, quale deve
essere il valore di V perchè l!elettrone giunga alla placca negativa con velocità nulla?
Quale deve essere la temperatura di un gas perfetto monoatomico perchè la velocità
tipica delle particelle (massa m=1.67 10-27 Kg) sia uguale alla velocità iniziale
dell!elettrone?
Qual!è la lunghezza d!onda di un fotone che ha la stessa energia dell!elettrone?
! 40 g di He occupano un volume di 100 litri alla temperatura di 20 °C, qual!è la pressione
del gas in atmosfere?
Se il gas subisce una trasformazione isocora e portato alla pressione di 1 atm, quanto
calore viene scambiato con l!ambiente? Discuterne il segno.
Qual!è il lavoro esterno compiuto sul gas e qual!è la variazione di energia interna?
! Una persona di massa m=80 kg deve salire ad un!altezza di 200 m.
Quanta energia interna deve consumare in totale se l!80% viene sempre trasformato in
calore?
Quanto è il lavoro utile che può essere compiuto?
Quanto sudore deve evaporare per dissipare il calore in eccesso?
Se la potenza massima che può arrivare a generare è 6 kcal/h/kg, qual!è il tempo
minimo richiesto per salire il dislivello?
Numeri utili
velocità luce
3.0 108 m s-1
carica elettrone
Numeri
utili dei gas
1.60 10-19
C
costante
press. atmosferica
carica
massaelettrone
elettrone
-19 C
1.6010
10-31
9.11
Kg
cal.
cal. spec.
spec. ghiaccio
ghiaccio
massa
elettrone
costante
Planck
-31
9.11 10
6.62
10-34 Kg
Js
cal.
cal. lat.
lat. fusione
fusione H
H22O
O
costante
costante Boltzmann
Boltzmann
-23
-1
1.38
1.38 10
10-23 J
JK
K-1
cal.
cal. lat.
lat. vapor.
vapor. H
H22O
O
costante dei gas
8.31 J mol-1 K-1
eq.
eq. mecc.
mecc. caloria
caloria
1.01 105 Pa
8.31 J mol-1 K-1
-1 -1
-1 °C
Kcal
0.50.5
Kcal
KgKg
-1
80
80 Kcal
Kcal Kg
Kg-1
-1
540
540 Kcal
Kcal Kg
Kg-1
4.186
4.186 J/cal
J/cal