Questo è ancora un esercizio sugli scambi di energia nei fenomeni termici:
Un pezzo di ferro di massa m = 10 kg si trova alla temperatura iniziale T0 = 20 °C.
Questo è ancora un esercizio sugli scambi di energia nei fenomeni termici:
Un pezzo di ferro di massa m = 10 kg si trova alla temperatura iniziale T0 = 20 °C. Gli viene fornita una quantità di calore pari a Q = 2300 kcal: riesce a raggiungere la temperatura di fusione Tf = 1535 °C? Se sì, quanto ferro fonderà? Nel caso in cui tutto il ferro riesca a fondere, quale sarà la temperatura finale del ferro liquido?
Ecco la mia risposta:
L'importante è controllare quanta energia è a disposizione per i processi indicati e quanta ne sarebbe necessaria. Per riscaldare il pezzo di ferro fino alla temperatura di fusione servirebbe un'energia pari a:\[\displaystyle E_1=C\cdot\Delta T=c_{Fe}\cdot m(T_f-T_0)=\mathrm{481\frac{J}{kg\,°C}\cdot10\,kg\cdot1515\,°C=7,29\cdot10^6\,J}\]mentre per fonderlo servirebbe:\[\displaystyle E_2=L_f\cdot m=\mathrm{2,76\cdot10^5\frac{J}{kg}\cdot10\,kg=2,76\cdot10^6\,J}.\]L'energia totale necessaria sarebbe \(E_n=E_1+E_2=\mathrm{10,1\cdot10^6\,J}\) mentre l'energia a disposizione è soltanto \(\displaystyle E_T=Q\cdot\mathrm{\frac{4,186\,J}{1\,cal}=9,63\cdot10^6\,J}\).
Togliendo dall'energia a disposizione l'energia necessaria ad arrivare alla temperatura di fusione, resta l'energia disponibile per fondere una parte del ferro: \(E_{fus}=E_T-E_1=\mathrm{2,34\cdot10^6\,J}\). Dividendo per il calore latente di fusione troviamo la quantità di ferro che si riesce a fondere, \(\Delta m=\mathrm{8,5\,kg}\).
