Problema B)

Equilibrio radiazione-materia

Due barattoli cilindrici identici dipinti uno di bianco e uno di nero sono illuminati da una lampada a filamento incandescente, vengono misurate temperature ogni  5 s  e dopo un certo tempo, a temperature stabili, la lampada viene spenta. I risultati dei dati sono (cliccare sull'immagine per ingrandire):

1) Esamina nel grafico  T(t)  e con precisione di  1°C  e  10 s  raccogli Tambiente iniziale e finale, Tequilibrio a lampada accesa, Tdimezzamento per le fasi di riscaldamento e raffreddamento e tempi di dimezzamento corrispondenti, il tutto distinto per barattolo bianco e nero.

2) Per il raffreddamento trova un'espressione dello scambio complessivo di energia nell'unità di tempo (conduzione col tavolo e irraggiamento approssimato alla prima potenza in  T  , no convezione), definendo gli opportuni coefficienti. Trova inoltre  T(t)  .

3) Scrivi il rapporto tra tempi di dimezzamento dei due barattoli in termini dei coefficienti introdotti, e trovane il valore.

4) Per il riscaldamento trova lo scambio energetico (in aggiunta ci sarà la potenza assorbita dalla radiazione proveniente dalla lampada) e della corrispondente variazione di temperatura. Calcola inoltre la Tequilibrio in funzione dei coefficienti introdotti al punto 2 e del nuovo termine di potenza.

5) Utilizzando i dati estratti e i rapporti calcolati stima il rapporto fra i coefficienti di assorbimento per barattolo nero e bianco. Stima infine il rapporto tra l'energia persa per conduzione e quella persa per irraggiamento.

(Olimpiadi della Fisica 2012)

Livello: 
2
  • p V / T = p0 V0 / T0

    pV = n R T            

    p V = N kB T          

    (N = n Na    n = m / Mmol     kB = R / Na)