Fluidi e Termodinamica – Esercizi di Fisica

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    Statica dei fluidi : Pressione e legge di Pascal, legge di Stevino, , principio di Archimede. Sistemi termodinamici. Stati di equilibrio termodinamico. Principio zero della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche e diagrammi di Clayperon. Definizione delle grandezze fisiche temperatura e calore. Esperimento di Joule. Primo principio della termodinamica. Capacita’ termica. Gas perfetti e temperatura assoluta. Esperimento di espansione libera di Joule. Energia interna di un gas perfetto. Teoria cinetica dei gas e relazione tra temperatura e energia cinetica media delle molecole. Trasformazioni reversibili dei gas perfetti : isocora, isoterma e isobara (relazione di Mayer).

    1.  Un cubo di plastica di densita’ pari al 78% della densita’ dell’acqua e lato 10cm, galleggia su una bacinella d’acqua. Di quanto sporge la faccia superiore del cubo dalla superficie dell’acqua ? Quanto vale la pressione sulla faccia inferiore del cubo, quanto su quella superiore ? (Risolvere il problema sia utilizzando la legge di Stevino sia la forza di Archimede).
    2. Introdurre in modo sintetico le grandezze fisiche pressione, temperatura , calore e la funzione energia interna di un sistema termodinamico. Cos’e’ un sistema termodinamico chiuso, cos’e’ una parete adiabatica, cos’e’ una parte conduttiva, cos’e’ una trasformazione quasi-statica, cos’e’ una trasformazione irreversibile?
    3.  Come puo’ essere espresso il lavoro in una trasformazione termodinamica ?  Scrivere le espressioni esplicite del lavoro per una trasformazione tra uno stato A (volume VA) ed uno stato B (volume VB)  per una  trasformazione isobara a pressione costante P e per una isoterma a temperatura costante T.
    4. In un contenitore contenente 2 litri di acqua (calore specifico 4187 J/Kg°C) alla temperatura di 10°C viene immerso un blocco di alluminio di massa 0.5Kg  (calore specifico 896 J/Kg°C) alla temperatura di 100°C. Calcolare la temperatura raggiunta dall’acqua e dal blocco all’equilibrio.
    5. Facendo riferimento ai gas perfetti, ricavare e discutere la relazione tra temperatura e energia cinetica media delle molecole (teoria cinetica dei gas).
    6. Una mole di gas perfetto monoatomico, inizialmente alla pressione PA = 1atm e volume VA= 1 litri, compie una trasformazione isoterma reversibile . Il volume finale e’ VB= 3 litri. Calcolare il lavoro ed il calore scambiato nella trasformazione.
    7. Una mole di gas monoatomico a temperatura e pressione ambiente (300 K e 1 Atm ovvero 105Pa) subisce una trasformazione a pressione costante (isobara) che ne raddoppia il volume Calcolare lavoro, variazione di energia interna e calore scambiato

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