Formula del calore Cambiamento di stato Trasferimento di calore

Esempi di domande e formule per il calcolo del calore in funzione dello stato fisico, del trasferimento di calore e del principio di Black.

Calore di fusione

1. Il calore di fusione dell'acqua è di 80 cal/grammo. Ciò significa che...

A. Occorrono 80 calorie per aumentare la temperatura di 1 grammo di acqua di 1 grado
B. Occorrono 80 calorie per trasformare completamente 1 grammo d'acqua in vapore.
C. Occorrono 80 calorie per mantenere la temperatura di 1 grammo d'acqua.
D. Occorrono 80 calorie per trasformare completamente 1 grammo di ghiaccio in acqua.

Discussione
La risposta corretta è D.

Cambio di forma

2.
Osservate il grafico dei risultati del seguente esperimento!

2 kg di acqua a una temperatura di 60^oC evaporerà. Se il calore del vapore acqueo è 2,27 x 10⁶ J/kg, calore specifico dell'acqua 4200 J/(kg ^oC) e la pressione dell'aria è di 76 cmHg, allora il calore richiesto per il processo BC è….

A. 336 kilojoule
B. 4540 kilojoule
Circa 4876 kilojoule
D. 5212 kilojoule

Discussione
È noto che:
Massa dell'acqua (m) = 2 kg
Temperatura dell'acqua (T) = 60^oC
Calore del vapore acqueo (L_V) = 2,27 x 10⁶ J / kg
Calore specifico dell'acqua (c) = 4200 J/(kg ^oC)
Pressione atmosferica (P) = 76 cmHg
Domanda: Calore richiesto per il processo BC
Risposta :
Processo AB = L'acqua viene riscaldata da una temperatura di 60^oDa C a 100^oC. In questo processo, il calore viene utilizzato per aumentare la temperatura dell'acqua. Il calore viene calcolato utilizzando la formula: Q = mc ΔT
Processo BC = L'acqua viene evaporata. In questo processo, il calore non viene utilizzato per aumentare la temperatura, ma per far evaporare l'acqua. Il calore viene calcolato utilizzando la formula: Q = m L_V
Processo C - Il vapore viene riscaldato. In questo processo, il calore viene utilizzato per aumentare la temperatura del vapore. Il calore viene calcolato utilizzando la formula: Q = mc ΔT.
Quindi, se la temperatura dell'acqua cambia, la formula del calore utilizzata è Q = mc ΔT, se cambia lo stato dell'acqua, la formula del calore utilizzata è Q = m L_V.

Calore necessario per il processo BC:
Q = m L_V
Q = (2 kg)(2,27 x 10⁶ J/kg)
Q = 4,54 x 10⁶ Joule
Q = 4.540.000 Joule
Q = 4.540 kilojoule
La risposta corretta è B.

3. Di seguito sono elencati i gruppi di cambiamenti di stato che rilasciano calore:
A. Congelamento, condensazione, sublimazione
B. Fusione, evaporazione, cristallizzazione
C. Fusione, evaporazione, condensazione
D. Congelamento, evaporazione, sublimazione
Discussione
In generale, esistono due tipi di cambiamenti di stato, ovvero cambiamenti di stato che assorbono calore e cambiamenti di stato che rilasciano/rilasciano calore.
In una trasformazione che assorbe calore, un oggetto assorbe calore finché la sua temperatura non aumenta, dopodiché il suo stato cambia. In una trasformazione che rilascia calore, un oggetto rilascia calore finché la sua temperatura non diminuisce, dopodiché il suo stato cambia.
Se un oggetto assorbe calore, il suo stato cambia da solido a liquido a gassoso.
Se un oggetto rilascia calore, il suo stato cambia da gassoso a liquido a solido.

Presta attenzione alla risposta alla domanda precedente.
Congelamento = il cambiamento di stato di un oggetto da liquido a solido (con rilascio di calore)
Condensazione = il cambiamento di stato di un oggetto da gassoso a liquido (con rilascio di calore)
Sublimazione = il cambiamento di stato di un oggetto da gassoso a solido (con rilascio di calore)
Fusione = il cambiamento di stato di un oggetto da solido a liquido (assorbimento di calore)
Evaporazione = il cambiamento di stato di un oggetto da liquido a gassoso (assorbimento di calore)
Cristallizzazione = il cambiamento di stato di un oggetto da solido a gassoso (assorbimento di calore)
La risposta corretta è A.

Trasferimento di calore

4. Una finestra di vetro ha uno spessore di 8 mm e una superficie di 1 m²²Se la temperatura dell'aria esterna è di 30^oC e nel 20^oC e la conduttività termica del vetro è 0,8 W/m^oC, quindi la quantità di energia che attraversa il vetro in 1 ora è... megajoule
A 360
B. 36
C. 6
D. 3,6
Discussione
È noto che:
Spessore del vetro (l) = 8 mm = 8 / 1000 = 0,008 m
Area vetrata (A) = 1 m²²
Differenza di temperatura (ΔT) = 30^odo-20^oC = 10^oC
Conduttività termica del vetro (k) = 0,8 W/m^oC
Intervallo di tempo (t) = 1 ora = 60 (60 secondi) = 3600 secondi
Domanda: La quantità di energia che attraversa il vetro in 1 ora
Risposta :
La formula per la velocità di trasferimento del calore per conduzione è la seguente:

La quantità di energia che attraversa il vetro in 1 ora:

La risposta corretta è D.

5. Una barra metallica è lunga 1 m. Un'estremità è riscaldata a una temperatura costante di 150^oC mentre l'altra estremità è mantenuta a temperatura ambiente, ovvero 30^oC. La temperatura della parte dell'asta che si trova a 30 cm dall'estremità riscaldata è...
A 36^oC
B. 84^oC
C. 114^oC
D. 125^oC
Discussione
È noto che:
Lunghezza della barra metallica (l) = 1 metro
Differenza di temperatura (ΔT) = 150^odo-30^oC = 120^oC
Domanda: La temperatura della parte dell'asta che si trova a 30 cm dall'estremità riscaldata
Risposta :
Calcola la velocità di trasferimento del calore per conduzione:

Calcola la temperatura della parte della barra che si trova a 30 cm dall'estremità riscaldata:
Lunghezza della barra metallica (l) = 30 cm = 0,3 metri
Differenza di temperatura (ΔT) = 150–T

La risposta corretta è C.

Fonte della domanda:

Domande di fisica SBMPTN