Esercitazioni calore, energia termica, trasporto del calore_1

LEZIONE 5 - 6
CALORE, ENERGIA TERMICA, TRASPORTO DEL CALORE
(CONDUZIONE)
ESERCITAZIONI 1
Esercizio 1
L'Ossigeno allo stato elementare si trova in forma molecolare. Una molecola di Ossigeno è
formata da due atomi (O2). Sapendo che il peso di un atomo di Ossigeno è 0.016 kg/mol e
che R (costante dei gas pefetti) = 8.3143 J/(mol · K), calcolare:
1. la massa molare di O2
2. la velocità quadratica media (v r.m.s.) delle singole particelle in O2 ad una
temperatura T = 300K (temperatura ambiente)
3. in O2 ad una temperatura T = 220K (temperatura a 10km di quota)
Esercizio 2
Qual'è l'energia interna (U) di 3 moli di un gas ideale monoatomico a 273K?
Si ricorda che R (costante dei gas pefetti) = 8.3143 J/(mol · K).
Sapendo che 1 caloria (cal) = 4.184 Joule, calcolare a quante kcal corrisponde l'energia
interna precedentemente valutata.
Esercizio 3
L'Azoto a temperatura ambiente è costituito da molecole biatomiche (N2) molto stabili e,
per questo, viene utilizzato, ad esempio, nella conservazione degli alimenti (atmosfera
inerte).
Calcolare per una molecola di N2:
1. la massa
2. l'energia cinetica media a una temperatura T= 200K
3. l'energia potenziale gravitazionale a una quota h = 300 m s.l.m
sapendo che:
1.
2.
3.
4.
il peso di una mole di molecole N2 è 28g
NA = 6.022 x 1023
kB = 1.38 x 10-23 J/K
accelerazione gravità (g) = 9.8 m/s2
Esercizio 4
Il calore specifico medio del corpo umano cav = 3.6 kJ/(kg · °C). Se la temperatura
corporea di un uomo di 70 kg passa da 37°C a 39°C durante un'intensa attività fisica,
calcolare l'incremento di energia termica nel corpo dovuto all'incremento di temperatura.
Esercizio 5
Il calore specifico del latte è c = 3.77 kJ/(kg · °C). Quanto latte (in ml) riesco a raffreddare
passando da 15°C a 5 °C se sottraggo 103 J di calore? Si supponga che la densità del
latte sia uguale a quella dell'acqua.
Esercizio 6
Una piastra di cottura elettrica di forma circolare ha una potenza di 1500 W. Quando viene
accesa la piastra dissipa il 90% del calore generato attarverso la sua superficie di
appoggio ed il restante 10% attraverso altre superfici. Supponendo che il flusso di calore
attraverso la superficie sia costante calcolare:
1. la quantità di calore dissipata dalla piastra in 2 ore in kWh
2. il flusso di calore attraverso la superficie di appoggio in W/m2
La piastra ha un diametro di di 180 mm.
Esercizio 7
Un blocco di alluminio di massa mall = 0.1 Kg e alla temperatura Tall = 580 °C viene
immerso in un recipiente di vetro di massa mvetro = 0.2 Kg ed avente una temperatura pari
a Tvetro = 300 °C. Il recipiente di vetro contiene una massa di acqua pari a macqua = 0.5 kg
alla temperatura di Tacqua = 300 °C. Trascurando gli scambi di calore con l'ambiente
esterno, determinare la temperatura di equilibrio del sistema.
Sono dati:
cal = 880 J/kg°C
cvetro = 837 J/kg°C
cacqua = 4186 J/kg °C
Esercizio 8
Si consideri un muro alto 3 m, largo 5 m e spesso 0.3 m. La sua conducibilità termica è k =
0.9 W/m·°C. Un giorno viene misurata la temperatura delle superfici interna ed esterna del
muro e sono risultate essere, rispettivamente, di 16°C e 2°C. Calcolare il flusso di calore
attraverso il muro.
Esercizio 9
Un lago è ricoperto da una crosta di ghiaccio spessa 5 cm. La temperatura esterna è di 15°C. Calcolare il flusso di calore trasmesso per unità di superficie, supponendo che la
temperatura dell'acqua a contatto con il ghiaccio sia di 0°C.
La conducibilità termica dell'acqua vale k = 1.8 W/m·°C.
Esercizio 10
Le pareti di un edificio sono in cemento (k = 1.1 W/m·°C). Il loro spessore è di 20 cm e la
superficie totale è di 300 m2. Supponendo il fenomeno in regime stazionario, se la
differenza di temperatura tra la superficie interna ed esterna è di 15°C, qual è la quantità di
calore scambiata in un giorno?
T
T1
Interno
Esterno
T2
20 cm
x

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