Svolgi con ordine i seguenti esercizi sul tuo quaderno, motivando ogni risposta con la formula o il principio utilizzato. Per i problemi numerici scrivi sempre dati, incognite, formule, calcoli con unità di misura e una breve frase di commento sul risultato ottenuto.
- Quale espressione rappresenta correttamente il primo principio della termodinamica con la convenzione usata in fisica liceale?
- A) ΔU = Q + L con L lavoro compiuto sul sistema
- B) ΔU = Q − L con L lavoro compiuto dal sistema
- C) Q = ΔU · L sempre positivo
- D) ΔU = L − Q in ogni trasformazione
- Il principio zero della termodinamica afferma che due corpi in equilibrio termico con un terzo sono in equilibrio termico anche fra loro, e questo permette di definire operativamente la temperatura.
- Vero / Falso
- In una trasformazione adiabatica il calore scambiato è nullo, quindi l'energia interna del gas non può variare in alcun modo.
- Vero / Falso
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In una trasformazione isoterma di un gas perfetto la variazione di energia interna è nulla, quindi tutto il calore assorbito viene trasformato in ___ compiuto dal gas sull'ambiente.
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Il rendimento di una macchina termica ideale di Carnot che opera tra le temperature assolute T1 e T2 si calcola con la formula η = 1 − ___.
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Associa ogni trasformazione termodinamica alla grandezza che resta costante durante il processo. | Colonna A | Colonna B | |---|---| | Isoterma | Pressione | | Isobara | Volume | | Isocora | Calore scambiato nullo | | Adiabatica | Temperatura |
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Collega ciascun nome al contributo storico-concettuale fondamentale che ha dato alla termodinamica. | Colonna A | Colonna B | |---|---| | Sadi Carnot | Enunciato sull'impossibilità del motore monotermico | | Lord Kelvin | Terzo principio e irraggiungibilità dello zero assoluto | | Walther Nernst | Definizione di entropia ΔS = Q/T |
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Una macchina termica assorbe 800 J da una sorgente calda e cede 600 J alla sorgente fredda in un ciclo. Quanto vale il suo rendimento?
- A) 0,15
- B) 0,25
- C) 0,40
- D) 0,75
- Quale delle seguenti affermazioni traduce correttamente l'enunciato di Clausius del secondo principio?
- A) L'energia di un sistema isolato si conserva sempre
- B) Non esiste un processo il cui unico risultato sia il passaggio di calore da un corpo freddo a uno caldo
- C) L'entropia di un cristallo perfetto è nulla a zero kelvin
- D) Tutto il calore di una sorgente può trasformarsi in lavoro
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Un gas perfetto monoatomico subisce una trasformazione isocora ricevendo 500 J di calore. Determina la variazione di energia interna, il lavoro compiuto dal gas e spiega il significato fisico dei risultati.
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Una macchina di Carnot opera tra una sorgente calda a 500 K e una sorgente fredda a 300 K, assorbendo 1000 J di calore per ciclo dalla sorgente calda. Calcola il rendimento, il lavoro prodotto e il calore ceduto alla sorgente fredda.
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Calcola la variazione di entropia quando 200 J di calore vengono trasferiti reversibilmente da un termostato a 400 K a uno a 250 K, considerando come sistema l'insieme dei due termostati. Commenta il segno del risultato alla luce del secondo principio.
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Spiega con parole tue perché una macchina termica reale non può avere rendimento del 100%, anche se idealmente progettata.
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Descrivi il funzionamento di una macchina frigorifera collegandolo al secondo principio della termodinamica e spiega perché essa richiede necessariamente l'apporto di lavoro dall'esterno.
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Pensa a tre situazioni della vita quotidiana in cui osservi un aumento dell'entropia: descrivile brevemente e per ciascuna individua quale sarebbe il processo inverso che il secondo principio rende impossibile in assenza di un intervento esterno.