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Esercizio sul principio zero della termodinamica

Esercizio svolto e commentato sul principio zero della termodinamica

In questa pagina del sito viene affrontato un esercizio sul principio zero della termodinamica.

Il testo dell'esercizio è il seguente: la temperatura di ebollizione dell’azoto liquido a pressione atmosferica è pari a t = -196°C ed il calore latente di ebollizione è pari a 200 KJ/kg.

Un corpo di massa 50 grammi e calore specifico pari a 400 J/(kg∙K) ha una temperatura iniziale di 24 °C e viene immerso in un grande recipiente contenente dell’azoto liquido in ebollizione.

Determinare quanto azoto evapora.

Svolgimento dell'esercizio

L’azoto che si trova nel grande recipiente rappresenta una sorgente a temperatura fissa in quanto si trova nella fase del passaggio di stato tra liquido e gas.

Il calore posseduto dalla massa per il principio zero della termodinamica, dunque viene trasferito all’azoto e parte dell’azoto assorbendo interamente tale energia, nell’ipotesi di sistema isolato, si trasformerà in gas.

Il calore che la massa cede quando la sua temperatura passa da +24°C a  -196°C è:

Q = m ∙c ∙ ΔT

Sostituendo i dati in nostro possesso si ha che:

Q = 0,05 ∙ 400 ∙(-196 – 24) = 4400 J

Dunque la massa di azoto che evapora è pari a:

m = Q/λ = 4400/200000 = 0,022 kg = 22 g

Pertanto la quantità di azoto che evapora è pari a 22 grammi.

Prova tu

Un proiettile di piombo (c = 0,130 J/g∙°C) viene sparato contro una parete di legno e vi rimane conficcato.

Ipotizzando che tutta l’energia cinetica del proiettile che prima dell’impatto viaggia a 200 m/s si trasformi in calore determinare l’aumento della temperatura del proiettile stesso considerando come temperatura iniziale del proiettile 20°C.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: aumento di temperatura di un proiettile di piombo sparato contro una parete di legno.

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