Prerequisiti sulle applicazioni della dinamica

Test da Olimpiadi della Fisica

Esercizi sul calore

JQuiz realizzato con HotPotatoes

Il conduttore termico XY mostrato in figura è isolato termicamente lungo la sua superficie laterale e gli estremi X e Y sono mantenuti a temperature differenti; al suo interno il conduttore è interrotto da uno strato MN di un materiale diverso.

In condizioni stazionarie, la differenza di temperatura tra gli estremi dello strato MN non dipende . . .

1 - . . . dalla differenza di temperatura tra gli estremi XY del conduttore.
2 - . . . dallo spessore dello strato MN.
3 - . . . dalla posizione di MN lungo XY.

Quali delle precedenti affermazioni sono corrette?
1. Tutte e tre.
2. Sia la 1 che la 2.
3. Sia la 2 che la 3.
4. Soltanto la 1.
5. Soltanto la 3.
Una massa di 5 kg di acqua alla temperatura di 10°C viene aggiunta ad una massa di 10 kg di acqua alla temperatura di 40°C.

Trascurando la capacità termica del recipiente e le perdite di calore, la temperatura di equilibrio sarà prossima a . . .
1. 20°C
2. 25°C
3. 30°C
4. 33°C
5. 35°C
Il calore specifico dell'acqua è 4180 J kg^-1K^-1.

Per aumentare da 20°C a 100°C la temperatura di 500 g di acqua è necessario fornire una quantità di energia E uguale a
1. 167 J
2. 334 J
3. 16.7 kJ
4. 167 kJ
5. 334 kJ
Una parete di mattoni è lunga 5 m, alta 3 m e spessa 0.3 m. Il coefficiente di conducibilità termica del mattone vale 0.6 W m^-1 K^-1.

Quando la temperatura della parete interna è di 20°C e la temperatura esterna di 0°C, quanto vale la potenza termica che attraversa la parete?
1. 25 W
2. 60 W
3. 125 W
4. 600 W
5. 1 250 W
Per preparare un tè, si riscaldano 200 g d'acqua portandoli da 20°C a 80°C.

Per riscaldare l'acqua del tè l'energia che occorre vale circa
1. 25 kJ
2. 50 kJ
3. 75 kJ
4. 100 kJ
5. 125 kJ
Un forno solare usato per scaldare acqua è costituito da uno specchio concavo di area 0.40 m². La potenza radiante per unità di superficie, che arriva dal Sole sullo specchio, è P = 10³ W m^-2.

La migliore stima del minimo tempo necessario per riscaldare nel forno 1 kg di acqua da 20°C a 50°C è
1. 0.8 min
2. 5 min
3. 20 min
4. 50 min
5. 320 min
Un corpo si sta raffreddando in un ambiente ventilato alla temperatura costante T_a.
Quali dei seguenti grafici rispettano la relazione tra la sua temperatura T e il tempo t?
1. Tutti e tre
2. Solo lo 1 e il 2
3. Solo il 2 e il 3
4. Solo lo 1
5. Solo il 3
Il calore specifico di un certo metallo è c_a/9 e la sua densità è 6ρ_a dove c_a e ρ_a indicano, rispettivamente, il calore specifico e la densità dell'acqua. Volumi uguali di acqua e del metallo vengono riscaldati in modo che le loro temperature aumentino della stessa quantità e si osserva che l'energia che si è dovuto fornire al metallo è k volte quella trasferita all'acqua.

Quanto vale k?
1. 1/3
2. 2/3
3. 3/2
4. 4
5. 54
Un recipiente di polistirolo con coperchio contiene 0.30 kg di acqua a 100°C.

Se vengono versati nel recipiente 0.10 kg di acqua a 20°C, la temperatura finale sarà
1. 20°C
2. 40°C
3. 60°C
4. 80°C
5. 100°C
Il grafico rappresenta la temperatura di un campione di 2 kg di una sostanza in funzione del tempo, quando viene assorbito del calore a un tasso costante di 15 kJ/minuto.

Quanto vale il calore specifico della sostanza nella sua fase solida, espresso in kJ kg^-1 K^-1?
1. 0.2
2. 0.3
3. 0.4
4. 0.5
5. 0.6
Una barra metallica a sezione costante è costituita da due pezzi di materiale diverso: la conducibilità termica del materiale X è doppia rispetto a quella del materiale Y.
I due pezzi hanno uguale lunghezza L e sono mantenuti in perfetto contatto termico tra loro mentre l'intera barra è isolata termicamente dall'ambiente. Le due estremità della barra sono mantenute a temperature costanti T₁ e T₂.

Quale dei grafici seguenti rappresenta meglio l'andamento della temperatura nei diversi punti della barra?
Un bollitore d'alluminio contiene 0.50 kg d'acqua a 20°C. Il bollitore viene scaldato finché tutta l'acqua si trasforma in vapore a 100°C.

Quanto calore è necessario per far evaporare completamente l'acqua dopo che ha raggiunto il punto di ebollizione a 100°C?
1. 1.67 x 10⁵ J
2. 3.35 x 10⁵ J
3. 1.13 x 10⁶ J
4. 1.84 x 10⁶ J
5. 2.26 x 10⁶ J
Un recipiente rigido, di volume pari a 0.008 m³, contiene gas perfetto monoatomico.

Se viene fornita al sistema una quantità di calore pari a 40 J, di quanto aumenterà la pressione del gas?
1. 5 Pa
2. 320 Pa
3. 1 600 Pa
4. 3 333 Pa
5. 5 000 Pa
Durante il processo di fusione del piombo, c'è un cambiamento apprezzabile. . .
1. . . . della temperatura.
2. . . . del calore di fusione.
3. . . . del valore medio dell'energia cinetica delle molecole.
4. . . . del valore medio dell'energia potenziale delle molecole.
5. . . . della massa.
Un pezzo di ghiaccio di 100 g a 0°C viene messo in un recipiente contenente 100 g di acqua a 100°C.

Quale dei grafici seguenti rappresenta meglio l'andamento della temperatura dei due componenti della miscela in funzione del tempo?
Quando una studentessa beve dell'acqua fredda, il suo corpo scalda l'acqua fino al raggiungimento dell'equilibrio termico.

Se la studentessa, nell'arco di una giornata, beve circa un litro e mezzo d'acqua a 8.0°C, quanta energia - sotto forma di calore - deve fornire approssimativamente il suo corpo all'acqua?

(NOTA: si consideri la temperatura interna della studentessa pari a 37°C)
1. 44 kJ
2. 180 kJ
3. 190 kJ
4. 230 kJ
5. 470 kJ
Una sbarra metallica ha lunghezza L e sezione trasversale di area A. Un'estremità della sbarra è tenuta a temperatura costante t₁, l'altra a temperatura costante t₂. Sia t₁ > t₂.

Quali, tra le seguenti affermazioni riguardanti il flusso termico (quantità di calore trasportato per unità di tempo) attraverso la sbarra, sono corrette?

1 - Il flusso termico è proporzionale a 1/(t₁-t₂).
2 - Il flusso termico è proporzionale ad A.
3 - Il flusso termico è proporzionale a L.
1. Solo la 2.
2. Solo la 3.
3. Solo la 1 e la 2.
4. Solo la 1 e la 3.
5. Solo la 2 e la 3.
Un bollitore di alluminio di massa m = 0.80 kg contiene 0.50 kg d'acqua a 20°C. Il bollitore viene riscaldato finché l'acqua bolle a 100°C e il bollitore può ritenersi in equilibrio termico con l'acqua.

Qual è - approssimativamente - la quantità netta di calore assorbita dal bollitore di alluminio da quando l'acqua è a 20°C a quando è a 100°C?

NOTA: Il calore specifico dell'acqua è 4.19 x 10³ J kg ^-1 K^-1, quello dell'alluminio è 904 J kg ^-1 K^-1.
1. 1.30 MJ
2. 630 kJ
3. 270 kJ
4. 160 kJ
5. 60 kJ
Un cubo di ghiaccio di massa pari a 60 g a 0°C viene posto in un recipiente di vetro contenente 250 g di acqua a 25°C. Si può considerare il sistema isolato termicamente.

Quale delle affermazioni seguenti descrive il sistema quando è stato raggiunto l'equilibrio?
1. Il ghiaccio è completamente fuso e la temperatura dell'acqua è superiore a 0°C
2. Il ghiaccio è completamente fuso e la temperatura dell'acqua è 0°C
3. Resta presente del ghiaccio e la temperatura dell'acqua è superiore a 0°C
4. Resta presente del ghiaccio e la temperatura dell'acqua è 0°C
5. Non si può dire nulla sullo stato di equilibrio, se non si conosce la capacità termica del recipiente.
Cinque oggetti sono fatti, rispettivamente di piombo, argento, tungsteno, rame e cromo; hanno tutti massa di 10 g e sono alla temperatura di 20°C.

Se ad ogni oggetto vengono forniti 100 J di calore, quale di essi alla fine avrà la temperatura più bassa?
1. Il piombo, dato che presenta il calore di fusione più basso.
2. L'argento, dato che ha la conducibilità termica più alta.
3. Il tungsteno, dato che ha il calore di vaporizzazione più alto.
4. Il rame, dato che ha il calore specifico più alto.
5. Il cromo, dato che ha il calore specifico più basso.
Un riscaldatore elettrico a immersione viene usato per aumentare di 0.1 K in 100 s la temperatura di 1 kg di un liquido avente un calore specifico di 1000 J kg^-1 K^-1.

Nell'ipotesi che le perdite di calore siano trascurabili, qual è approssimativamente la potenza del riscaldatore?
1. 0.1 W
2. 1 W
3. 10 W
4. 100 W
5. 1000 W
Quanto calore è necessario, approssimativamente, per vaporizzare 2.0 g di acqua alla temperatura di ebollizione e alla pressione atmoferica?

Il calore di vaporizzazione dell'acqua (a 100°C) è λ_v = 2.26 x 10⁶ J kg^-1
1. 8.4 J
2. 500 J
3. 670 J
4. 840 J
5. 4500 J
Un sistema costituito da una miscela di acqua e ghiaccio viene riscaldato.

Quale dei grafici seguenti rappresenta correttamente la relazione tra la temperatura del sistema e il calore fornito?
In un recipiente aperto all'aria è in ebollizione 1 kg di acqua. Vi si inserisce un campione di 0.5 kg di piombo a 250°C.
Per effetto di questo inserimento, come cambiano le temperature delle due sostanze?
1. La temperatura dell'acqua diminuisce e quella del piombo rimane invariata.
2. La temperatura dell'acqua aumenta e quella del piombo rimane invariata.
3. La temperatura dell'acqua rimane invariata e quella del piombo diminuisce.
4. La temperatura dell'acqua aumenta e quella del piombo diminuisce.
5. La temperatura dell'acqua rimane invariata e quella del piombo aumenta.
In quale modo un aumento della pressione al di sopra di quella atmosferica modifica la temperatura di ebollizione dell'acqua e quella di fusione del ghiaccio?
1. La temperatura di ebollizione aumenta e quella di fusione aumenta.
2. La temperatura di ebollizione aumenta e quella di fusione diminuisce.
3. La temperatura di ebollizione diminuisce e quella di fusione aumenta.
4. La temperatura di ebollizione diminuisce e quella di fusione diminuisce.
5. La temperatura di ebollizione diminuisce e quella di fusione rimane invariata.
1.5 L d'acqua si trovano alla pressione atmosferica e alla temperatura di 20°C. Successivamente l'acqua viene scaldata da un bollitore che le fornisce 2.2 kJ di energia al secondo. Si supponga di poter trascurare il calore disperso e l'evaporazione dell'acqua che avviene al di sotto del punto di ebollizione.

Dopo 20 minuti ...
1. ... la temperatura dell'acqua è arrivata a 22.4°C.
2. ... la temperatura dell'acqua è arrivata a 84.3°C.
3. ... l'acqua sta bollendo e rimangono 550 cm³ di liquido.
4. ... l'acqua sta bollendo e rimangono 50 cm³ di liquido.
5. ... tutta l'acqua è passata allo stato di vapore.
La porta di un forno industriale ha un coefficiente di conducibilità termica K = 46 W m^-1 K^-1 ed uno spessore di 3 mm.
La porta viene sostituita da un'altra porta di conducibilità termica K' = 109 W m^-1 K^-1 e spessore 9 mm.

A parità di temperatura dell'ambiente esterno e del forno, la sostituzione ha moltiplicato la potenza termica dispersa attraverso la porta di un fattore. . .
1. . . . 0.15
2. . . . 0.79
3. . . . 1
4. . . . 1.38
5. . . . 1.84
Un campione solido viene riscaldato e si osserva che la sua temperatura aumenta, ma il solido non fonde.

Quale, tra le affermazioni seguenti, descrive meglio come variano l'energia cinetica media e l'energia potenziale media delle molecole del campione durante il riscaldamento?
1. L'energia potenziale diminuisce e l'energia cinetica aumenta.
2. L'energia potenziale aumenta e l'energia cinetica rimane costante.
3. L'energia potenziale rimane costante e l'energia cinetica diminuisce.
4. L'energia potenziale rimane costante e l'energia cinetica aumenta.
5. Sia l'energia potenziale che l'energia cinetica decrescono.
Si sottrae una quantità Q = 14.5 MJ di energia termica a 5.0 kg di vapor acqueo inizialmente a 150°C che si trova in un recipiente chiuso. Si adotti come valore medio del calore specifico del vapor acqueo c_V = 1.53 kJ kg^-1 K^-1.

Il risultato dell'operazione è:
1. Vapor acqueo.
2. Miscuglio di vapor acqueo e acqua liquida.
3. Acqua liquida.
4. Miscuglio di acqua liquida e ghiaccio.
5. Ghiaccio.
Un campione di una sostanza di massa 5.0 kg assorbe calore da una sorgente che ne fornisce in maniera costante nel tempo una quantità pari a 41.9 kJ ogni minuto. Il grafico rappresenta la temperatura del campione al trascorrere del tempo.

Il calore di vaporizzazione della sostanza è pari a
1. 12.6 kJ kg^-1.
2. 62.9 kJ kg^-1.
3. 126 kJ kg^-1.
4. 210 kJ kg^-1.
5. 629 kJ kg^-1.
Un blocco di un certo materiale avente massa M = 1.0 x 10³ kg assorbe una quantità Q = 2.4 x 10³ kJ di calore mentre la sua temperatura varia da 710°C a 720°C.

Qual è il calore specifico del materiale di cui è fatto il blocco?
1. 4.2 x 10^-8 kJ kg^-1 K^-1
2. 4.2 x 10^-7 kJ kg^-1 K^-1
3. 0.24 kJ kg^-1 K^-1
4. 2.4 x 10^-8 kJ kg^-1 K^-1
5. 2.4 x 10⁵ kJ kg^-1 K^-1
Una persona è all'ombra in un'amaca in un giorno estivo in cui la temperatura è di 37°C, uguale a quella del suo corpo. In queste condizioni, il processo migliore grazie al quale il suo corpo smaltisce il calore prodotto dal suo metabolismo (ad un tasso di 130 W) è la traspirazione. Il calore di vaporizzazione dell'acqua alla temperatura di 37°C è L = 2430 kJ kg^-1.

Il volume di sudore che evapora in un'ora è circa uguale a
1. 50 cm³
2. 100 cm³
3. 200 cm³
4. 500 cm³
5. 1000 cm³
Il grafico illustra l'andamento della temperatura di un corpo omogeneo, inizialmente allo stato solido, che viene riscaldato, in funzione del tempo di riscaldamento. La massa del corpo è 5 kg e il calore che assorbe ogni minuto - ad un tasso costante - è di 41.9 kJ.

Qual è la quantità di calore assorbita da 1 kg del corpo tra l'istante in cui inizia la fusione e quello in cui termina l'ebollizione?
1. 105 kJ
2. 210 kJ
3. 419 kJ
4. 1050 kJ
5. 2560 kJ
Quali, tra le grandezze seguenti, vengono espresse con le stesse unità di misura?
1. Energia e potenza.
2. Lavoro e potenza.
3. Impulso e potenza.
4. Calore ed energia meccanica.
5. Quantità di moto e lavoro.
In un calorimetro di capacità termica 80 J K^-1 a 20°C, contenente 200 cm³ d'acqua alla stessa temperatura, si versano 300 g d'acqua a 70°C.

Se non ci sono dispersioni di calore, qual è la temperatura raggiunta all'equilibrio?
1. 31.6°C
2. 48.9°C
3. 58.9°C
4. 61.3°C
5. 65.2°C

Lavoro in una trasformazione termodinamica

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