Esercizi di TERMODINAMICA - Polo di e-learning

ESERCIZI DI RIPASSO – TERMODINAMICA
1. Un sistema cede 4 kcal e aumenta l’energia interna di 8000 J: quale lavoro è stato fatto
dall’esterno?
2. Un cilindro (raggio di base 30 cm) contiene un gas alla pressione di 2 atm; gli viene fornita una
quantità di calore pari a 2 kcal e il gas si espande sollevando il pistone di 10 cm. Se la
trasformazione avviene a pressione costante, di quanto varia l’energia interna del gas?
3. P
A
B
PA = 6 atm
VA = 0,5 dm3
PC = 1,5 atm
VC = 2,25 dm3
C
Calcolare il lavoro eseguito nel ciclo ABCA
4.
V
Una massa d’acqua di 5 Kg cade da un’altezza di 200 m; supponendo che tutta la variazione di
energia potenziale si converta in energia interna dell’acqua, calcolare il suo aumento di
temperatura.
5. - Determinare il lavoro svolto durante un ciclo di
questa trasformazione.
FAC.: se questo ciclo viene eseguito in 2*10-3s,
quale potenza è stata impiegata?
- supponendo che questa macchina abbia un
rendimento del 40%, determinare QC e QF.
P (atm)
6
2
3
8
V (L)
6.
Una macchina di Carnot con un rendimento del 30% lavora con un serbatoio caldo alla
temperatura di 327°C. Qual è la temperatura del serbatoio più freddo?
Cosa significa che questa macchina è di Carnot, e cosa cambierebbe se non lo fosse?
7.
Una macchina di Carnot ha un rendimento pari al 50%; stabilire la temperatura del serbatoio più
caldo, sapendo che quello freddo è a -123°C.
8.
In una trasformazione isocora, un fluido assorbe una quantità di calore di 15 Kcal. Calcolare il
lavoro fatto dal sistema e la variazione della sua energia interna.
9.
P (atm)
6
Determinare il lavoro totale eseguito (o
ricevuto?) in questa trasformazione se il
ciclo viene eseguito in senso antiorario.
2
Trovare anche la quantità di calore
scambiata con l’ambiente.
3
10 V (L)
10. Una macchina termica ideale (Carnot) ha un rendimento del 60%.
- Quanta energia viene persa dalla sorgente calda quando la macchina compie un lavoro di 106J?
- Quanta energia viene ricevuta dalla sorgente fredda?
- Se la temperatura di quest’ultima è di 20°C, qual è quella della sorgente calda?
11. Calcolare il lavoro compiuto in una trasformazione isobara di un fluido alla pressione di 10atm, ove
il sistema passa da 50 litri a 30.
12. Quanto calore deve assorbire una massa di gas perfetto, alla pressione costante di 1,4 atm, affinché
il suo volume possa aumentare di 2000 cm3 e la sua energia possa contemporaneamente
aumentare di 500 J ?
13. Con un rendimento del 24% una macchina termica sviluppa un lavoro di 360 J in un’ora. Calcolare in
calorie la quantità di calore da fornire alla macchina ogni minuto.
14. Un gas è contenuto in un cilindro munito di pistone mobile e perfetta tenuta. Il pistone, di sezione S
= 70 cm2 è caricato con una massa di 50 kg. A seguito dell’assorbimento di Q = 868 cal, il volume
occupato dal gas aumenta di 10 dm3. Calcolare la variazione di energia interna del gas.
15. Una macchina termica assorbe in un’ora 24*103 Kcal, fornendo una potenza di 6 KW. Calcolare il
rendimento della macchina.
16. Una macchina di Carnot funziona tra 127°C e 27°C. Calcolare il suo rendimento e il calore assorbito
in ogni ciclo, sapendo che il lavoro compiuto dalla macchina è pari a 4180 J.
17. Il rendimento di un ciclo di Carnot è pari a 0,1. Sapendo che la temperatura della sorgente più
fredda è di 27°C, calcolare quella della sorgente calda.
RISPOSTE AGLI ESERCIZI
1.
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17.
-24744 J
2646 J
399 J
circa 0,48 °C
1013 J; circa 5 105 W; Qc = 2532,5 J; Qf = 1519,5 J
147 °C
23 °C
0; 62790 J
-2836 J; -2836 J
1,67 * 106 J; 0,67 * 106 J; 459,5 °C
-20260 J
187,2 cal
104,2 cal
-697 cal
0,216
0,25; 4*103 cal
333,333K
DOMANDE TEORICHE
a.
Fornire gli enunciati del II principio della Termodinamica, descrivendo le corrispondenti macchine
possibili, evidenziandone le differenze da quelle impossibili. Cosa lega la macchina di Kelvin e Planck a
quella di Clausius? Spiegare e dimostrare.
b.
Parlare del I principio e della sua applicazione ai vari tipi di trasformazione: descrivere e giustificare
caso per caso.
c.
Presentare il Primo Principio della Termodinamica, sia nella sua forma generale che applicato ai vari
tipi di trasformazione studiati, giustificando le formule presentate.
d.
Cos’è una macchina ciclica, e cosa NON le è consentito dal Secondo Principio della Termodinamica?
Spiegare sinteticamente il perché di queste esclusioni.
e.
Cosa significa affermare che un sistema termodinamico subisce una trasformazione adiabatica? In
questo tipo di trasformazione è possibile un cambiamento dell’energia interna del corpo, e, se si,
utilizzando quale mezzo di scambio energetico con l’ambiente? Mostrare il primo principio della
termodinamica applicato a questo genere di trasformazioni.