Fisica Tecnica - Esercizi

Name: Fisica Tecnica - Esercizi
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Author: Jack

Revisionato il 28/07/2026

di Jack

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Esercizi svolti del corso di Fisica Tecnica tenuto dal professor Giorgio Buonanno presso l'Università di Cassino, corso di Ingegneria Civile ed Ambientale. Tali appunti comprendono tutte …

Esame Fisica tecnica

Facoltà Ingegneria

Dal corso del Prof. Buonanno Giorgio

Università Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale

A.A. 2020-2021

103 pagine

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Esercitazione

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Estratto del documento

Prima tipologia di esercizi

Esercizio n° 2: sistema pistone - cilindro

Un sistema pistone-cilindro contiene 0,150 kg di H₂O in condizione di vapore saturo secco. Il pistone, di massa trascurabile, è libero di muoversi senza attrito ed è in equilibrio meccanico con la pressione atmosferica esterna. Successivamente il sistema viene posto in un ambiente alla temperatura costante di 100 °C, fino ad ottenere la completa condensazione del vapore in esso contenuto. Si valutino le interazioni energetiche, la variazione di entropia, la variazione di energia interna e la produzione entropica esterna.

m = 0,150 kg
Tamb = 100 °C
P = 1 bar

Calcolare:

Q?
W?
P?
ΔU?
ΔS? Est. ?
Segn ?

Prendiamo la tabella A.4 e vediamo in condizioni di vapore saturo secco (vs):

Punto 1

X₁ = 1
P₁ = 1 bar = 10⁵ Pa
T₁ = 99,630 °C = 372,78 K
v₁ = 1,694 m³/1kg
U_v = 2678,3 kJ/kg
h_vs = 2506,4 kJ/kg
S_vs = 7,3564 kJ/kg K

Punto 2

Successivamente avviene la condensazione del vapore. Prendiamo i valori sulla Tabella A 1 in condizioni di liquido saturo (e).

T cost T_v = 88,63°C = 372,78 K
X_e = 0
V_e = 0,0436 dm³/kg = 0,001 m³/kg
S_e = 3,2022 kJ/kg K
R_e = -31,435 kJ/kg
U_e = 214,23 kJ/kg

Svolgiamo il bilancio della 1^a legge:

ΔU = Q - L => Q = ΔU + L

L = m P Δv = 0,150 kg * 10⁵ Pa (0,001 - 1,682) m³/kg = -25.395 Pa . m³ = -25.395 N . m = -25.395 J = -25 kJ

ΔU = m Δu = 0,150 * (214,23 - 250,4) kJ/kg = -3,313 kJ

Q = -3,13 kJ - 25 kJ = 0,838 kJ

Q è uscente:

Svolgiamo il bilancio della 2^a legge:

T_AMB = 10°C = 283,15 K

ΔS = S_gen + ^Q/_{T_AMB}

ΔS = m (S₂ - S₁) = 0,150 kg (1,3022 - 4,3524) kJ/kg K = -0,87 kJ/k

S_gen = ΔS + ^Q/_{T_AMB} = -0,81 kJ/K + 238 kJ/283,15 k = 0,27 kJ/K

Si mette il segno + Però q è negativo

Esercizio n° 2: sistema pistone-cilindro

Una macchina termica, schematizzabile come un sistema pistone-cilindro contenente 0,2 kg di H₂O in condizioni di vapore saturo secco (il pistone è di massa trascurabile e libero di muoversi senza attrito) è in equilibrio con la pressione atmosferica. Successivamente il sistema viene posto in ambiente alla temperatura costante di 20°C fino ad ottenere la completa condensazione del vapore esso contenuto. Si valuti il tipo di trasformazione, le energie energetiche, la variazione di energia, la variazione di energia interna e la produzione entropica dell'acqua tra i due stati d'equilibrio. Si tratta di una trasformazione internamente reversibile.

Punto 1

x₁ = 1
P₁ = 1 bar = 1 * 10⁵ Pa
T₁ = 99,63°C = 3 H₂O 48
V_us = 1,694 m³/kg
S_us = 7,3504 kJ/kg
U_us = 2506,4 kJ/kg

Punto 2

T cost = T = 85,63°C
P₂ = tabare = 10⁶ Pa
v₂ = 0,001 m³/kg
s₂ = 3,3022 kJ/kg K
u₂ = 417,23 kJ/kg K

Scriviamo il bilancio della 1^a legge:

ΔU = Q-L => Q = ΔU + L

L = mv Δu = 0,2 kg . 10⁶ Pa (0,001 - 1,694) m³/kg

L = 33,860 = -33,86 kJ

ΔU = m (u₂ - u₁) = 0,2 kg (417,23 - 2504,6) kJ/kg = -417,43 kJ

Q = -417,43 kJ -33,86 kJ = -451,23 kJ

Negativo perché il verso è uscente

Scriviamo il bilancio della 2^a legge:

ΔS = S_gen + ^Q/_{T_AMB}

ΔS = m(s₂ - s₁) = 0,2 kg (3,3022 - 7,3564) kJ/ kg K = -1,21 kJ

S_gen = ΔS + ^Q/_{T_AMB} = -1,21 kJ/K + ^{451,23 kJ}/_{275,15 K} = 0,63 kJ/K

Si mette il segno + perché Q è negativo

Esercizio №2 - Sistema chiuso

Una pentola a pressione può essere schematizzata come un sistema chiuso a pareti indeformabili. Contenente 1,5 Kg di H₂O a pressione atmosferica e titolo pari a x = 0,40. La pentola che si trova su un fornello schematizzabile come un set = (1000 K), riceve energia termica fino a quando, in corrispondenza di una pressione interna pari a 5,0 bar. La valvola di sicurezza si apre. Calcolare l'energia termica fornita fino all'istante precedente l'apertura de

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