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

Il primo principio della termodinamica

20 esercizi

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Fisica

Quali delle seguenti grandezze sono funzioni di stato:
I l'energia interna.
II il calore.
III il lavoro compiuto in una trasformazione.

A: Solo la I.

B: La I e la II.

C: La II e la III.

D: Solo la III.

E: Nessuna delle tre.

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Fisica

A: All'interno di un sistema in equilibrio termico si può registrare un flusso netto di calore.

B: Il primo principio della termodinamica implica una condizione di equilibrio termico tra più corpi.

C: Il principio zero della termodinamica permette di affermare che la temperatura è un indicatore dell'equilibrio termico.

Vero o falso

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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 una trasformazione che avviene a pressione costante e in un grafico pressione-volume è rappresentata un ________ all'asse orizzontale dei volumi.
Una trasformazione ________ è una trasformazione che avviene a volume costante e in un grafico pressione-volume è rappresentata un segmento parallelo all'asse ________ delle pressioni.
Una trasformazione ________ è una trasformazione che avviene a temperatura costante; per un gas perfetto è descritta in un grafico pressione–volume da un ________ di iperbole equilatera.

Posizionamento

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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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Il gas ossigeno ha una molecola biatomica. Considera l'ossigeno come un gas perfetto e calcola il calore specifico a pressione costante.

C_p = ________ J/(kg K)

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

Completamento aperto

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Quale delle seguenti affermazioni sui calori specifici di un gas perfetto è falsa?

A: Il calore scambiato durante una trasformazione è direttamente proporzionale alla variazione di temperatura.

B: Il valore di γ è una costante per tutti i gas che hanno lo stesso tipo di molecole.

C: L'esponente γ è il rapporto tra il calore specifico molare a pressione costante e il calore specifico molare a volume costante,
γ = C_p/C_V.

D: Il valore della costante γ è sempre minore di uno.

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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

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

Completamento aperto

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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

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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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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Cinque moli di un gas ideale sono compresse isotermicamente dallo stato A allo stato B, come illustra il grafico. Qual è il lavoro che ne deriva, se la temperatura del gas è 315 K. Includi nella risposta il segno corretto.

L = ________ x 10⁴ J.

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Un gas ideale monoatomico è termicamente isolato, cioè non può scambiare calore con l'ambiente. E' possibile far alzare la temperatura del gas?

A: Sì. La temperatura può alzarsi se un lavoro è compiuto dal gas.

B: Sì. La temperatura può alzarsi se si compie lavoro sul gas.

C: No. Il solo modo in cui la temperatura può crescere è con la cessione al gas di un quantità di calore.

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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 certa quantità Q di calore è fornita a un gas ideale per alzare la sua temperatura. Il calore può essere fornito mantenendo costante il volume del gas, oppure lasciando espandere il gas liberamente a pressione costante. Quale dei due metodi assicura la maggiore variazione di temperatura?

A: Il metodo del volume costante.

B: Il metodo della pressione costante.

C: Entrambi i metodi portano alla stessa variazione di temperatura.

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Un gas monoatomico perfetto ha inizialmente i valori di pressione e volume p_i e V_i. Dopo una trasformazione adiabatica, il gas giunge a un volume finale V_f che è un quarto di V_i.
Quanto vale il rapporto tra la pressione finale p_f e quella iniziale p_i?

p_f / p_i = ________

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