Problema 5.3.1

Una sfera di argento, di massa m=2000g, viene immersa in un recipiente contenente un litro di acqua. Il sistema è in equilibrio termico alla temperatura t=20°C.

Il tutto viene poi riscaldato, fornendo una quantità di calore Q=100Kcal.

Calcolare il volume finale della sfera.


[Per l’argento: coefficiente di dilatazione lineare λ=1,88.10-5 °C-1; calore specifico c=0,056cal/g°C; densità ρ=10,50g/cm3]

Guarda la soluzione


Capacità termica della sfera:

KAg=cAgmAg=112cal/°C

Capacità termica dell’acqua:

KH2O=cmH2O=1000cal/°C

Q=(KAg+KH2O)(t2-t1)

t2-t1=89,9°C





Poiché la temperatura iniziale dell’acqua è 20°C, una volta che si è raggiunta la temperatura di ebollizione la quantità di calore residua va nel cambiamento di stato da acqua a vapore di una porzione di questa. La temperatura finale raggiunta dal sistema è 100°C.

Alcuni studenti, nel risolvere questo problema, hanno affermato tranquillamente che la temperatura raggiunta dal sistema è t=89,9+20=119,9°C!

Questo è un esempio di come sia pericoloso applicare le formule in modo acritico.



Per calcolare il volume finale della sfera si può procedere applicando la formula approssimata:

Vf-Vi=3λVi(tf-ti)

Vi=m/ρ=190,5cm3

3λ=5,64.10-5°C-1

tf-ti=80°C

Vf=191,4cm3



Il calcolo più corretto è il seguente:

Vf=V0(1+3λtf)

Vi=V0(1+3λti)

Vf/Vi=(1+3λtf)/(1+3λti)

Vf=Vi(1+3λtf)/(1+3λti)

Vf=190,5.(1+0,00564)/(1+0,00113)=191,4cm3



I due risultati coincidono entro gli errori, da che si può dedurre che per variazioni di temperatura di questa entità e per coefficienti di dilatazione bassi questa approssimazione è sufficiente.

Quando la differenza di temperatura è elevata e il coefficiente di dilatazione è alto questa approssimazione non è più accettabile.

Problema del Capitolo 5 - Calore e temperatura

Problema di difficoltà: Bassa