Svolgi i seguenti esercizi sul tuo quaderno, mostrando tutti i passaggi nei problemi numerici e giustificando le risposte nelle domande aperte. Ricorda di usare sempre le temperature in kelvin nei calcoli sul rendimento e di rispettare la convenzione dei segni per calore e lavoro.
- Un gas assorbe 800 J di calore e compie un lavoro di 300 J sull'ambiente. Qual è la variazione della sua energia interna?
- A) −500 J
- B) +500 J
- C) +1100 J
- D) −1100 J
- Secondo il secondo principio della termodinamica, è possibile costruire una macchina che trasformi integralmente in lavoro tutto il calore assorbito da un'unica sorgente a temperatura costante.
- Vero / Falso
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Il rendimento massimo di una macchina termica che opera tra due sorgenti a temperature T₁ (calda) e T₂ (fredda) è dato dalla formula η = 1 − ___ secondo il teorema di Carnot.
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Associa ciascuna trasformazione termodinamica alla sua caratteristica fondamentale. | Colonna A | Colonna B | |---|---| | Isoterma | Nessuno scambio di calore, Q = 0 | | Adiabatica | Pressione costante durante il processo | | Isobara | Volume costante, lavoro nullo | | Isocora | Temperatura costante, ΔU = 0 |
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Una macchina termica reversibile di Carnot opera tra due sorgenti alle temperature di 500 K e 300 K. In ogni ciclo essa assorbe 2000 J di calore dalla sorgente calda. Calcola: a) il rendimento della macchina; b) il lavoro prodotto in un ciclo; c) il calore ceduto alla sorgente fredda.
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Spiega con parole tue perché l'energia interna è una funzione di stato mentre il calore e il lavoro non lo sono. Quale conseguenza pratica ha questa differenza nello studio delle trasformazioni cicliche?
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Un frigorifero ha un coefficiente di prestazione COP = 4 e sottrae 800 J di calore al suo interno in un ciclo. Quanto lavoro elettrico è necessario fornire al compressore?
- A) 200 J
- B) 400 J
- C) 800 J
- D) 3200 J
- Un'azienda propone di brevettare una macchina che, immersa nell'acqua del mare a 290 K, riesce a estrarre da essa calore e a trasformarlo integralmente in energia elettrica, senza ulteriori sorgenti. Analizza criticamente la proposta alla luce del secondo principio della termodinamica, spiegando perché tale macchina non può funzionare e quale principio essa violerebbe. Discuti inoltre la differenza tra moto perpetuo di prima specie e di seconda specie.