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

Termodinamica

20 esercizi

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Fisica

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 riceve calore ed esegue lavoro.

B: Quando il sistema perde calore e riceve lavoro.

C: Quando il sistema riceve calore e riceve lavoro.

D: Quando il sistema perde calore ed esegue lavoro.

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Fisica

Durante una corsa, un atleta ha sviluppato un lavoro di 5,2 &middot 10⁵ J e perduto calore per 4,1 &middot 10⁵ J.
Come è cambiata la sua energia interna? Includi nella risposta il segno corretto ed esprimi il risultato con due cifre significative (es., 120 o 1,2).

ΔU = ________ · 10⁵ J

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Fisica

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 ricevuto dal gas.

B: Rappresenta il lavoro fatto dal gas.

C: Rappresenta la variazione di energia interna del gas.

D: Rappresenta il lavoro fatto sul gas.

E: Rappresenta il calore ceduto dal 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: B e C (a pari merito), A.

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

C: A, B, C.

D: B, C, A.

E: C, A, B.

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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 ed esprimi il risultato con due cifre in totale (es., 12 o 1,2).

L = ________ · 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: 1, 2, 3.

B: 3, 1, 2.

C: 3, 2, 1.

D: 1, 3, 2.

E: 2, 1, 3.

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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 &middot 10⁵ J e U_B = 5,6 &middot 10⁵ J.
Quando vale il calore Q trasferito al gas durante la trasformazione?

A: 0,5 &middot 10⁵ J

B: 2,0 &middot 10⁵ J

C: 3,5 &middot 10⁵ J

D: 10,7 &middot 10⁵ J

E: 1,5 &middot 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: L'energia interna del gas non cambia.

B: Il gas non cede né assorbe alcun calore.

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

D: Il gas non compie lavoro.

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

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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 ed esprimi il risultato con due cifre in totale (es., 12 o 1,2).

L = ________ &middot 10⁴ J.

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Fisica

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 si compie lavoro sul gas.

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

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

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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 · 10⁴ J

B: -1,2 · 10⁴ J (il lavoro è compiuto sul gas)

C: -6,0 · 10⁴ J (il lavoro è compiuto sul gas)

D: -2,0 · 10⁴ J (il lavoro è compiuto sul gas)

E: +3,4 · 10⁴ J

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Fisica

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 della pressione costante.

B: Il metodo del volume costante.

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

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Stabilisci quali delle seguenti affermazioni sono vere e quali false.

A: Il Primo Principio della Termodinamica afferma che se due sistemi sono individualmente in equilibrio termico con un terzo sistema, essi sono in equilibrio termico tra di loro.

B: Le pareti che si lasciano attraversare dal calore sono chiamate pareti diatermiche, mentre le pareti perfettamente isolanti, che impediscono qualsiasi scambio di calore tra il sistema e il suo ambiente, sono chiamate pareti adiabatiche.

C: Lo stato di un sistema è noto quando si conoscono i valori dell'insieme di grandezze fisiche che descrivono completamente il sistema.

D: In termodinamica l'insieme degli oggetti sul quale si concentra l'attenzione è chiamato ambiente, mentre tutto ciò che gli sta intorno è indicato con il termine sistema.

E: Due sistemi si dicono in equilibrio termico se tra di essi si instaura un flusso netto di calore quando sono messi a contatto termico.

Vero o falso

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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 e lasciando invariato il calore Q_F ceduto alla sorgente fredda.

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

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

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

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

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Una macchina termica prende il calore Q_C da una sorgente calda, compie un lavoro L e cede il restante Q_F a una sorgente fredda. Se Q_C e Q_F raddoppiano, che cosa accade al rendimento del motore?

A: Il rendimento aumenta.

B: Il rendimento diminuisce.

C: I dati non sono sufficienti a determinare la risposta.

D: Il rendimento non cambia.

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Fisica

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: Tutte e tre le macchine hanno lo stesso rendimento.

D: A, B, C.

E: C, A, B.

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Una macchina di Carnot che opera tra sorgenti calde e fredde di temperature rispettivamente uguali a 800,0 K e 400,0 K, compie una certa quantità di lavoro L₁. Quindi la temperatura della sorgente fredda è abbassata a 200,0 K (come nel disegno) e si ricava dalla macchina un lavoro L₂. Assumendo che il calore in ingresso Q_C sia lo stesso nei due casi, quanto vale il rapporto L₂/L₁? Esprimi il risultato con due cifre in totale (es., 1,2 o 12).

L₂/L₁ = ________

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Il secondo principio della termodinamica:

A: estende la conservazione dell'energia ai
sistemi che scambiano calore e lavoro.

B: definisce il rendimento delle macchine termiche.

C: stabilisce l'impossibilità di alcune trasformazioni termodinamiche.

D: assegna la probabilità di ogni trasformazione termodinamica.

E: tratta il concetto di equilibrio termico.

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Teorema di Carnot
Qualche macchina termica reversibile che opera tra due serbatoi a temperatura variabile può avere un rendimento minore di una macchina reversibile che opera tra le stesse temperature. Inoltre alcune le macchine irreversibili che operano tra le stesse temperature hanno lo stesso rendimento.

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Fisica

Completa gli enunciati del secondo principio della termodinamica.
Enunciato di ________
È ________ realizzare una trasformazione in cui ________ risultato sia quello
di convertire in ________ tutto il calore ________ da un'unica sorgente.
Enunciato di ________
È impossibile realizzare una trasformazione in cui l'unico risultato sia il passaggio di ________ da un corpo con una data temperatura a un corpo con una temperatura ________.

Posizionamento

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