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1 Facoltà di Biologia e Farmacia dell’Università di Cagliari - Laurea in Biologia - aa 2016-2017 Insegnamento “FISICA” TEST di AUTOVALUTAZIONE sugli argomenti di TERMOLOGIA e TERMODINAMICA Questo test ha lo scopo di verificare le conoscenze acquisite dallo Studente durante terza e quarta settimana di lezione. Il TEST verrà corretto durante la lezione di tutorato di martedı̀ 11 aprile (Aula F, ore 14.00–16.00). Blocco 1: TERMOLOGIA 1. Un recipente a chiusura ermetica viene chiuso in alta montagna e quindi trasportato a livello del mare. Qui si osserva che, provando ad aprirlo, si fa fatica. Perchè? 2. Un gas ideale in espansione si raffredda. Questa affermazione è vera sempre? Spiegare la risposta. 3. Un gas ideale è contenuto in un volume V = 10−3 m3 alla pressione P = 105 Pa e alla temperatura T =300K. Calcolare il numero di molecole da cui è costituito. 4. È possibile comprimere un gas ideale mantenendo la sua pressione costante? Come? 5. Due moli di gas ideale vengono mantenute alla temperatura costante di 20◦ C dentro un recipiente a pareti fisse di volume pari a 45 litri. Supponendo di inserire una mole aggiuntiva di gas nel recipiente, calcolare l’aumento di pressione. Fornire il risultato sia in atmosfere, sia in Pascal. Blocco 1: TERMODINAMICA 1. Un termometro è ottenuto riempiendo completamente una cavità di volume costante con un gas. Quando il termometro viene portato alla temperatura di ebollizione dell’acqua, la pressione del gas vale P =2049 Pa. Calcolare il valore della pressione nel termometro quando esso è portato alla temperatura normale di fusione del ghiaccio. 2. Una mole di gas ideale soggetta ad una compressione esercitata a temperatura costante, raddoppia la propria pressione. Calcolare la corrispondente variazione di volume. 3. Si considerino n moli di un gas ideale. Disegnare su un piano P − V le isoterme corrrispondenti alle temperature T1 e T2 con T2 > T1 . 4. È possibile che, per un dato sistema, due isoterme corrispondenti a diverse temperature si incrocino in un punto del piano P − V ? Perchè? 5. Si considerino n moli di un gas ideale. Il gas inizialmente si trova nello stato A, caratterizzato da pressione PA , volume VA e temperatura TA . Esso subisce dapprima una trasformazione isocora che lo porta allo stato B e successivamente una trasformazione isobara che lo porta allo stato C. • Disegnare la sequenza delle trasformazioni nel piano P − V . • Le temperature negli stati A e B sono uguali o diverse? Perchè? • Le temperature negli stati B e C sono uguali o diverse? Perchè? • È possibile che la temperatura nello stato C sia uguale alla temperatura iniziale nello stato A? Perchè? 6. Si considerino n moli di un gas ideale. Si individuino due diversi stati A e B nel piano P − V . È sempre possibile portare il gas da Aa B con una trasformazione isoterma? Dare la risposta fornendo esempi concreti, rappresentati sul piano P − V . 2 7. In quale caso la cessione di calore ad un gas ideale potrebbe non modificarne la temperatura? 8. Considerando un gas ideale, dire se una certa trasformazione isoterma possa essere al contempo anche adiabatica. Spiegare la risposta fornita. 9. Si consideri un gas monoatomico perfetto per il quale l’energia interna è data dalla espressione: U = 23 nRT (dove, ovviamente: n è il numero di moli, T è la temperatura e R è la costante universale dei gas). Esso compie una espansione isoterma, eseguendo dunque lavoro. Cosa deve succedere perchè questo sia possibile? 10. Un gas ideale compie una espansione a pressione costante, raddoppiando il suo volume iniziale. Assumendo che la pressione sia P = 1 atm e che il volume iniziale sia pari a V = 1 dm3 , calcolare il lavoro compiuto ed esprimerlo in unità joule. 11. Un gas ideale si trova inizialmente in uno stato caratterizzato da: PA = 1.3 atm e VA = 2.5 dm3 . Il gas subisce una trasformazione che, rappresentata nel piano P − V , è descritta da un segmento di retta. Al termine della trasformazione il gas si trova ad aver raddoppiato il volume e triplicata la pressione. Si calcoli il lavoro scambiato durante questa trasformazione. 12. Si consideri un gas ideale che subisce due diverse espansioni isoterme a due temperature T1 e T2 con T1 > T2 , ma sempre partendo dallo stesso volume iniziale VA e terminando sempre allo stesso volume VB . In quale delle due trasformazioni viene scambiato lavoro maggiore? Perchè? 13. Si consideri un gas ideale che subisce una compressione. È possibile che il lavoro eseguito su questo sistema sia nullo? Spiegare la risposta data.
