Fisica - Scuola secondaria di secondo grado Termodinamica Trasformazioni termodinamiche Primo principio della termodinamica

14. I princìpi della termodinamica

20 esercizi

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Fisica

Il primo principio della termodinamica, per una trasformazione isocòra, può essere scritto nella forma:

A: ΔU = Q – pΔV

B: ΔU = Q

C: ΔU = L

D: ΔU = Q + pΔV

E: Nessuna delle espressioni date.

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Una trasformazione è detta quasi-statica se avviene così ________ che, in ogni istante, la pressione e la temperatura sono uniformi in tutte le parti del sistema. Quindi questo tipo di trasformazione si ottiene passando per un numero molto ________ di stati di equilibrio intermedi, ognuno dei quali differisce ________ da quello precedente.
Una trasformazione adiabatica è una trasformazione che avviene senza scambi di ________ tra il sistema e l'ambiente, quindi, per il primo principio della termodinamica, ΔU = Q − L = ________. Quindi, se il lavoro viene compiuto dal sistema in modo adiabatico, L è ________ e l' energia interna ________ di una quantità uguale al lavoro effettuato. Se invece il lavoro viene compiuto sul sistema in modo adiabatico, L è ________ e l' energia interna ________ in modo corrispondente.

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Una macchina termica compie 20 cicli al secondo e sviluppa una potenza di 600 W con un rendimento del 30,0 %. Per ogni ciclo calcola:
il lavoro compiuto L = ________ J
il calore assorbito Q₂ = ________ J
il calore ceduto Q₁ = ________ J

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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A: L'entropia è una funzione di stato.

B: L'unità di misura dell'entropia nel S.I. è K/J.

C: L'entropia dell'Universo aumenta sempre.

D: L'evoluzione spontanea di un sistema isolato porta il sistema a uno stato di equilibrio a cui corrisponde il minimo aumento dell'entropia.

E: In un sistema isolato una trasformazione provoca una variazione di entropia uguale a zero se e soltanto se la trasformazione è reversibile.

Vero o falso

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Una macchina termica lavora tra due termostati alle temperature rispettivamente di 500 K e 100 K.
Il massimo rendimento della macchina è:

4 / 5

B: 1

2 / 5

3 / 4

1 / 4

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Una macchina termica ha un rendimento del 44,8% e in ogni ciclo compie un lavoro pari a 215 J.
Calcola la quantità di calore non utilizzata.
|Q_f| = ________ J

Per i numeri decimali usa la virgola e non il punto (per es. 56,2 e non 56.2). Fai attenzione alle cifre significative!

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In un sistema ________ in cui hanno luogo soltanto trasformazioni ________, l'entropia rimane costante. In un sistema isolato in cui hanno luogo trasformazioni ________ l'entropia ________.
Quindi ogni trasformazione che avviene in un sistema isolato provoca in esso una variazione di entropia ________ o uguale a zero.

Posizionamento

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Il primo principio della termodinamica stabilisce che la variazione di energia interna ΔU di un sistema è data da ΔU = Q - L. Sia Q sia L possono essere positivi o negativi. In quali condizioni sappiamo che Q ed L sono entrambi positivi?

A: Quando il sistema perde calore ed esegue lavoro.

B: Quando il sistema riceve calore ed esegue lavoro.

C: Quando il sistema riceve calore e riceve lavoro.

D: Quando il sistema perde calore e riceve lavoro.

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Durante una corsa, un atleta ha sviluppato un lavoro di 5,2 x 10⁵ J e perduto calore per 4,1 x 10⁵ J.
Come è cambiata la sua energia interna? Includi nella risposta il segno corretto.

ΔU = ________ x 10⁵ J

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Nel disegno vedi un grafico volume-pressione per un gas che subisce una compressione. Che cosa rappresenta un numero positivo uguale all'area sotto la curva?

A: Rappresenta il calore ceduto dal gas.

B: Rappresenta il lavoro fatto dal gas.

C: Rappresenta il calore ricevuto dal gas.

D: Rappresenta il lavoro fatto sul gas.

E: Rappresenta la variazione di energia interna del gas.

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Il disegno mostra l'espansione di tre gas ideali. Metti i gas in ordine decrescente in base al lavoro compiuto.

A: A, B, C.

B: A e B (a pari merito), C.

C: B e C (a pari merito), A.

D: C, A, B.

E: B, C, A.

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Un gas si espande secondo il grafico volume-pressione mostrato nel disegno. Qual è il lavoro L compiuto dal gas nella trasformazione da A a B?
Includi nella risposta il segno corretto.

L = ________ x 10⁵ J

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Il grafico volume-pressione mostra tre percorsi nei quali un gas può espandersi da uno stato iniziale A a uno stato finale B. Metti i percorsi in ordine decrescente per quantità di calore Q assorbito dal gas.

A: 3, 1, 2.

B: 1, 2, 3.

C: 2, 1, 3.

D: 1, 3, 2.

E: 3, 2, 1.

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Il grafico volume-pressione mostra un processo nel quale un gas passa dallo stato A allo stato B. L'energia interna del gas nei due punti è U_A = 3,6 x 10⁵ J e U_B = 5,6 x 10⁵ J.
Quanto vale il calore Q trasferito al gas durante la trasformazione?

A: 1,5 x 10⁵ J.

B: 3,5 x 10⁵ J.

C: 10,7 x 10⁵ J.

D: 2,0 x 10⁵ J.

E: 0,5 x 10⁵ J.

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Un gas ideale monoatomico si espande dallo stato A allo stato B, come illustra il grafico. Che cosa si può dire della trasformazione?

A: Il primo principio della termodinamica non si applica alle trasformazioni isoterme.

B: Nelle trasformazioni isoterme non vale la legge dei gas ideali.

C: L'energia interna del gas non cambia.

D: Il gas non cede né assorbe alcun calore.

E: Il gas non compie lavoro.

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Partendo da una temperatura di 320 K, sei moli di un gas ideale monoatomico sono compresse adiabaticamente finché la temperatura non raggiunge i 480 K. Quant'è il lavoro compiuto dal gas?

A: +1,2 x 10⁴ J.

B: +3,4 x 10⁴ J.

C: -1,2 x 10⁴ J (il lavoro è compiuto sul gas).

D: -6,0 x 10⁴ J (il lavoro è compiuto sul gas).

E: -2,0 x 10⁴ J (il lavoro è compiuto sul gas).

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Una macchina termica prende il calore Q_C da una sorgente calda e usa parte dell'energia per compiere un lavoro L. Assumendo che Q_C non possa essere cambiato, in che modo si deve operare sulle altre grandezze per aumentare il rendimento?

A: Aumentando il lavoro L. Di conseguenza diminuirà il calore Q_F ceduto alla sorgente fredda.

B: Riducendo il lavoro L e lasciando invariato il calore Q_F ceduto alla sorgente fredda.

C: Aumentando il lavoro L. Di conseguenza aumenterà il calore Q_F ceduto alla sorgente fredda.

D: Aumentando il lavoro L e lasciando invariato il calore Q_F ceduto alla sorgente fredda.

E: Riducendo il lavoro L. Di conseguenza diminuirà il calore Q_F ceduto alla sorgente fredda.

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Le tre macchine di Carnot che sono illustrate nel disegno operano tutte tra due sorgenti di calore con temperature separate di 100 K. Metti le tre macchine in ordine decrescente per rendimento.

A: B, A, C.

B: C, B, A.

C: A, B, C.

D: Tutte e tre le macchine hanno lo stesso rendimento.

E: C, A, B.

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Un frigorifero impiega un lavoro di L = 100 J per rimuovere un calore di Q_F = 700 J dal suo interno. Quanto vale il calore Q_C rilasciato nella stanza che ospita il frigorifero? E quanto vale il coefficiente di prestazione (COP)?

A: Q_C = 800 J, COP = 1/7.

B: Q_C = 500 J, COP = 4.

C: Q_C = 800 J, COP = 7.

D: Q_C = 800 J, COP = 8.

E: Q_C = 600 J, COP = 4.

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600 J di calore vengono forniti a un gas la cui temperatura iniziale è 300 K. Se il gas si espande con una trasformazione isoterma, quant'è la variazione ΔS di entropia del gas?

A: ΔS = - 2 J/K.

B: ΔS = + 2 J/K.

C: ΔS = + 0,5 J/K.

D: L'entropia del gas non cambia.

E: ΔS = - 0,5 J/K.

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