Fisica - Scuola secondaria di secondo grado Termodinamica Secondo principio della termodinamica Rendimento di una macchina termica

19.Il secondo principio della termodinamica

22 esercizi

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Se si considerano macchine termiche che lavorano tra due sorgenti di calore date, il teorema di Carnot afferma che il rendimento di una macchina reversibile A:

A: è sempre minore di quello di una qualunque altra macchina B.

B: è sempre minore o eguale a quello di una qualunque altra macchina B.

C: è sempre maggiore o eguale a quello di una qualunque altra macchina B.

D: è sempre maggiore di quello di una qualunque altra macchina B.

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Quale tra le seguenti affermazioni è una conseguenza diretta del teorema di Carnot?

A: Tutti i cicli reversibili che lavorano tra due sorgenti di calore hanno lo stesso rendimento.

B: Tutti i cicli reversibili che lavorano tra le stesse due temperature hanno lo stesso rendimento.

C: Tutti i cicli reversibili che lavorano tra le stesse due temperature e con lo stesso percorso hanno lo stesso rendimento.

D: Tutti i cicli reversibili hanno lo stesso rendimento.

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Una macchina termica è:

A: una trasformazione ciclica che utilizza almeno due sorgenti di calore.

B: un dispositivo che funziona mediante una trasformazione ciclica che utilizza almeno due sorgenti di calore.

C: un dispositivo che funziona mediante una trasformazione qualunque.

D: una trasformazione ciclica qualunque.

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Data una macchina termica che compie il lavoro utile W scambiando il calore Q con la sorgente a temperatura superiore e il calore Q' con la sorgente a temperatura inferiore, quale tra le seguenti relazioni è corretta?

A: W = Q

B: W = Q'

C: W = Q - Q'

D: W = Q + Q'

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Che cosa è possibile soltanto parzialmente, secondo il secondo principio della termodinamica?

A: La trasformazione del lavoro in calore (al contrario della trasformazione inversa).

B: La trasformazione del lavoro in calore.

C: La trasformazione del calore in lavoro (al contrario della trasformazione inversa).

D: La trasformazione del calore in lavoro (così come la trasformazione inversa).

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Una trasformazione termodinamica è detta reversibile quando:

A: al termine della trasformazione il sistema si trova di nuovo nelle condizioni iniziali.

B: il sistema e l'ambiente possono alla fine essere riportati alle condizioni di partenza.

C: la trasformazione può essere invertita in modo da riportare il sistema nelle condizioni in cui si trovava all'inizio della trasformazione.

D: si esegue una trasformazione quasistatica che riporta il sistema allo stato iniziale.

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Il rendimento r di una macchina termica che lavora tra due sorgenti di calore assorbendo il calore Q da quella a temperatura superiore e cedendo il calore Q' a quella a temperatura inferiore può essere calcolato mediante l'espressione:

A: r = 1 + Q'/Q

B: r = Q'/Q

C: r = 1 - Q'/Q

D: r = -Q'/Q

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Una macchina termica ideale lavora tra le due temperature T₁ = 27 °C e T₂ = 127 °C. Quanto vale il suo rendimento?

A: 75%

B: 45%

C: 79%

D: 25%

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Si può costruire una macchina termica che a ogni ciclo assorbe una quantità di calore pari a 40 J da una sorgente a temperatura T = 400 K e cede 25 J a un refrigerante alla temperatura T = 320 K?

A: No, perché la macchina avrebbe un rendimento maggiore rispetto a una macchina reversibile.

B: Sì, perché Q₂ > | Q₁|.

C: No, perché 25/400 è diverso da 320/400.

D: Sì, perché T₂ >T₁.

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Quale tra queste condizioni va certamente soddisfatta affinché una trasformazione termodinamica sia reversibile?

A: La trasformazione deve usare due sole fonti di calore.

B: La trasformazione deve essere ciclica.

C: La trasformazione deve evitare il più possibile l'uso di fonti di calore.

D: La trasformazione deve essere libera da attriti.

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In una macchina termica la presenza di due sorgenti di calore è necessaria per:

A: eseguire un lavoro utile.

B: realizzare una trasformazione ciclica.

C: ottenere il calore sufficiente al funzionamento.

D: compiere un lavoro complessivo positivo.

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Quale tra queste trasformazioni termodinamiche è realizzabile in modo reversibile?

A: La deformazione isoterma di un solido perfettamente elastico a contatto con un bagno termico.

B: Il riscaldamento di un ferro da stiro mediante il passaggio di una piccolissima corrente elettrica nella resistenza.

C: Il riscaldamento di una mano prodotto sfregandola su una superficie ruvida.

D: L'espansione di un gas perfetto mediante l'energia fornita da un fornello.

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Quale di queste condizioni non è richiesta affinché una trasformazione termodinamica sia reversibile?

A: La trasformazione deve essere quasistatica.

B: La trasformazione deve essere libera da attriti.

C: La trasformazione deve essere ciclica.

D: La trasformazione deve usare soltanto fonti di calore ideali.

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Chiamiamo r il rendimento di una macchina reversibile R che lavora tra le temperature T₂ e T₁ < T₂.
Se R funziona in senso inverso è una macchina frigorifera con coefficiente di prestazione f = (1/r) - 1.
Quali tra le seguenti affermazioni saranno vere?

A: f = (calore assorbito)/(lavoro fatto dall'esterno)

B: f = (lavoro fatto dall'esterno)/(calore assorbito)

C: f = T₁/(T₂ - T₁)

D: f = T₂/(T₂ + T₁)

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Il funzionamento del motore ideale a quattro tempi richiede trasformazioni molto lente nel tempo. Nel caso di motori reali possiamo affermare che:

A: I tempi in cui avvengono le trasformazioni con pistone in movimento sono sei.

B: Nel quinto tempo il pistone si muove e vi è fuoriuscita del gas.

C: Nel quinto tempo il pistone è fermo e vi è fuoriuscita del gas.

D: I tempi in cui avvengono le trasformazioni con pistone in movimento sono quattro.

E: Le trasformazioni avvengono così rapidamente che il sistema non è mai in uno stato di equilibrio.

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Quale dei seguenti fenomeni costituirebbe una violazione diretta del secondo principio della termodinamica nella formulazione di Clausius?

A: Il motore di una macchina a vapore assorbe calore da una sorgente per la fase di espansione e, nella fase di compressione, lo cede alla stessa sorgente.

B: La Terra si riscalda lievemente ricevendo energia per irraggiamento dalla radiazione cosmica di fondo, che permea l'universo alla temperatura media di 3 K.

C: Il calore latente di fusione liberato da una certa quantità di acqua che si trasforma in ghiaccio innalza lievemente la temperatura dell'ambiente.

D: Una macchina termica riutilizza integralmente il lavoro prodotto nella fase di espansione per ritornare allo stato iniziale.

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Un macchina termica con rendimento del 25% sviluppa un potenza P = 50 kW.
Quali tra le seguenti affermazioni sono vere?

A: Il lavoro della macchina in un'ora è L = 1,8 · 10⁸J.

B: In un'ora la macchina assorbe dalla sorgente a temperatura maggiore una quantità di calore Q = 7,2 · 10⁸ J.

C: Il lavoro della macchina in un'ora è L = 2,5 · 10³ J.

D: In un'ora la macchina assorbe dalla sorgente a temperatura maggiore una quantità di calore Q = 1,8 · 10⁸ J.

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Qual è la successione di fasi che descrive il ciclo di Carnot?
AB ________
BC ________
CD ________
DA ________

Posizionamento

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Il rendimento di una macchina termica reversibile che funziona tra la temperatura T e una temperatura superiore T' è dato dall'espressione r = 1 – ________.
Esso varrebbe 1 se la sorgente più fredda fosse a T = ________. Ma per il secondo principio della termodinamica il rendimento è sempre ________ di 1, perciò non si può raggiungere lo zero ________.

Posizionamento

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Qual è la successione di fasi che descrive il ciclo di Stirling?
AB ________
BC ________
CD ________
DA ________

Posizionamento

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Il rendimento di un motore a benzina è 0,25.
Sapendo che a ogni ciclo esso preleva una quantità di calore pari a 40 J, qual è in valore assoluto la quantità di calore ceduta al refrigerante?

A: 15 J.

B: 30 J.

C: 20 J.

D: 25 J.

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Perché il teorema di Carnot è applicabile anche al ciclo di Stirling, sebbene questo ciclo richieda non due ma infinite sorgenti di calore?

A: Perché la macchina di Stirling scambia calore soltanto con due sorgenti.

B: Perché il calore viene scambiato con ciascuna sorgente soltanto in maniera reversibile.

C: Perché il calore scambiato durante ciascuna isoterma compensa esattamente quello scambiato durante l'isocòra seguente.

D: Perché il calore scambiato durante la prima isocòra è uguale e opposto al calore scambiato durante la seconda isocòra.

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