Verifica di fisica sul secondo principio della termodinamica
– Classe 4E – 16 dicembre 2014
Durata: 55 minuti. Soglia sufficienza: 60 pt. Punteggio massimo: 100 pt.
Es. 1 Considera un sistema termodinamico Σ in cui n = 2.000/8.314 moli di gas perfetto monoatomico si espandono liberamente nel vuoto all’interno di un contenitore dalle pareti adiabatiche,
passando da un volume iniziale VA = 10.00 × 10−3 m3 e pressione pA = 3.000 bar (stato A) ad un
volume finale VB = 3 · VA (stato B).
À descrivi un sistema termodinamico Σ̄, utilizzante un serbatoio termico ausiliario, in cui la
trasformazione A → B avviene in modo reversibile, e tracciane il relativo diagramma pV ;
Á calcola la variazione di entropia del serbatoio termico e quella del gas in Σ̄;
 determina il valore della variazione di entropia nel sistema Σ.
[Punti 30]
Es. 2 Calcola la variazione di entropia nella trasformazione in cui un blocco di ghiaccio di massa
10.0 Kg alla temperatura di 273 K viene fatto fondere interamente mettendolo a contatto con un
serbatoio termico che ha temperatura 300 K. Spiega perché tale trasformazione è irreversibile.
[Punti 22]
Es. 3 Considera una sistema termodinamico che, compiendo una trasformazione ciclica, assorbe
400 J da un serbatoio alla temperatura T1 = 800 K, cede 100 J ad un serbatoio alla temperatura
T2 = 400 K e altri 100 J da un serbatoio alla temperatura T3 = 200 K.
À Utilizzando la Disuguaglianza di Clausius dimostra che la macchina termica è irreversibile.
Á Determina la quantità di calore che deve essere assorbita dal serbatoio T3 affinché la macchina
possa essere reversibile.
[Punti 24]
Es. 4 Una macchina termica reversibile opera tra le temperature TC = 800 K e TF = 200 K.
À Sapendo che il lavoro svolto sull’ambiente è L = 6.00 × 103 J, determina il calore assorbito QC
e il calore ceduto QF , rispettivamente ai serbatoi TC e TF .
ÁDetermina i due coefficienti di prestazione nel caso in cui la macchina venga fatta funzionare
come pompa di calore e, rispettivamente, come frigorifero.
[Punti 24]
N.B. Si ricorda che: il calore latente di fusione dell’acqua è Lf = 335 × 103 J kg−1 , la costante
dei gas perfetti è R = 8.314 J mol−1 K−1 .
