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[Risolto] Problema di fisica

  

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Il calore specifico molare a pres- sione atmosferica $C_p$ dell'azoto varia con la temperatura $T$ come illustra il grafico. Denise lo approssima così:
- per temperature inferiori a $432,0 \mathrm{~K}, C_p$ è costante e uguale a $14,57 \mathrm{~J} /(\mathrm{mol} \cdot \mathrm{K})$;
- per temperature maggiori, $C_p$ cresce in modo lineare secondo una legge del tipo $C_p=a+b T$, con $a=13,22 \mathrm{~J} /(\mathrm{mol} \cdot \mathrm{K})$ e $b=0,003124 \mathrm{~J} /\left(\mathrm{mol} \cdot \mathrm{K}^2\right)$.

Calcola quanto calore è necessario fornire a 2,000 moli di azoto a pressione atmosferica per aumentarne la temperatura da $300,0 \mathrm{~K}$ a $500,0 \mathrm{~K}$ mediante una trasformazione isobara.

Determina l'errore percentuale che si commetterebbe nel calcolo del calore se si considerasse $C_p=14,57 \mathrm{~J} /(\mathrm{mol} \cdot \mathrm{K})$ per tutte le temperature.
$[5978] ; 2,5 \%]$

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 Trasformazioni termodinamiche 

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1

In una trasformazione isobara sappiamo che:

$\Delta U = Q = n c_p \Delta T$

Scindiamo quindi in due la trasformazione considerando prima un aumento da 300K a 432K e poi da 432K a 500K.

Per la prima parte della trasformazione abbiamo che:

$Q_1 = nc_{p,1}(T_2-T_1) = 2*14.57*(432-300)= 3846 J$

Nella seconda parte in cui il calore specifico dipende dalla temperatura, dobbiamo integrare:

$ Q_2 = \int_{T_2}^{T_3} nc_p dT = \int_{T_2}^{T_3} n(a+bT) dT = n[aT+b\frac{T^2}{2}]_{T_2}^{T_3}=n[aT_3+b\frac{T_3^2}{2}-aT_2-b\frac{T_2^2}{2}]$

$= 2*(13.22*500+0.003124*\frac{500^2}{2} - 13.22*432-0.003124*\frac{432^2}{2})= 1997 J$

Dunque:

$ Q = 3846J + 1997J = 5843 J$

Se invece considerassimo $C_p$ costante:

$ Q' = nc_p \Delta T = 2*14.57*(500-300)=5828 J$

e dunque:

$ err = 100*\frac{\Delta Q}{Q} = 100*\frac{5843-5828}{5843} =   0.25 \%$

 

 



Risposta
SOS Matematica

4.6
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