Termodinamica - prublemi è suluzioni
A prima lege di a termodinamica
1. Basatu annantu à u graficu PV quì sottu, chì ghjè u rapportu trà u travagliu fattu da u gasu in u prucessu I, è u travagliu fattu da u gasu in u prucessu II ?
Cunnisciutu:
Prucessu 1:
Pressione (P) = 20 N/ m²
Volume iniziale (V 1 ) = 10 litri = 10 dm 3 = 10 x 10 -3 m 3
Volume finale (V 2 ) = 40 litri = 40 dm 3 = 40 x 10 -3 m 3
Prucessu 2:
Prucessu (P) = 15 N/ m²
Volume iniziale (V 1 ) = 20 litri = 20 dm 3 = 20 x 10 -3 m 3
Volume finale (V 2 ) = 60 litri = 60 dm 3 = 60 x 10 -3 m 3
Cercatu: U rapportu di u travagliu fattu da u gasu
Soluzione:
U travagliu fattu da u gasu in u prucessu I:
W = P ΔV = P (V2 –V1 ) = (20)(40-10)(10-3 m3 ) = (20)(30)(10-3 m3 ) = (600)( 10-3 m3 ) = 0.6 m3
U travagliu fattu da u gasu in u prucessu II:
W = P ΔV = P (V2 –V1 ) = (15)(60-20)(10-3 m3 ) = (15)(40)(10-3 m3 ) = (600)( 10-3 m3 ) = 0.6 m3
U rapportu di u travagliu fattu da u gasu in u prucessu I è in u prucessu II:
0.6 m³ : 0.6 m³
1: 1
2.
Basatu annantu à u graficu quì sottu, chì hè u travagliu fattu da u gasu eliu in u prucessu AB ?
Cunnisciutu:
Pressione (P) = 2 x 10⁵ N /m² = 2 x 10⁵ Pascal
Volume iniziale (V 1 ) = 5 cm 3 = 5 x 10 -6 m 3
Volume finale (V 2 ) = 15 cm 3 = 15 x 10 -6 m 3
Ricercatu: Travagliu fattu da u gasu in u prucessu AB
Soluzione:
W = ∆P ∆V
W = P ( V2 – V1 )
W = (2 x 10⁵ ) (15 x 10⁻⁶ – 5 x 10⁻⁶ )
W = (2 x 10⁵ ) (10 x 10⁻⁶ ) = (2 x 10⁵ )(1 x 10⁻⁵ )
W = 2 Joule
3.
Sicondu u graficu quì sottu, chì travagliu hè statu fattu in u prucessu AB ?
Cunnisciutu:
Pressione iniziale (P 1 ) = 4 Pa = 4 N/m 2
Pressione finale (P2 ) = 6 Pa = 6 N/ m2
Volume iniziale (V 1 ) = 2 m 3
Volume finale (V 2 ) = 4 m 3
Cercasi: travagliu fattu I prucessu ab
Soluzione:
U travagliu fattu da u gasu = area sottu à a curva ab
W = area di u triangulu + area di u rettangulu
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
4. Basatu annantu à u graficu quì sottu, chì hè u travagliu fattu in u prucessu ABCA.
Soluzione:
Travagliu (W) = Area di u triangulu ABC
W = ½ (20-10)(6 x 10⁻⁵ – 2 x 10⁻⁵ )
W = ½ (10)(4 x 10 5 )
W = (5)(4 x 10 5 )
L = 20 x 10 5
W = 2 x 10⁵ Joule
5. Un mutore assorbe 2000 Joule di calore à alta temperatura è emette 1200 Joule di calore à bassa temperatura. Chì ghjè l'efficienza di u mutore ?
Cunnisciutu:
Input di calore (Q H ) = 2000 Joules
Pussibilità termica (Q L ) = 1200 Joule
Travagliu fattu da u mutore (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Cercatu: efficienza (e)
Soluzione:
e = W / Q H
e = 800/2000
e = 0.4 x 100%
e = 40 %
6. Un mutore assorbe u calore à 960 Kelvin è u mutore scarica u calore à 576 Kelvin. Chì ghjè l'efficienza di u mutore ?
Cunnisciutu:
Temperatura massima (T H ) = 960 K
Bassa temperatura (T L ) = 576 K
Ricercatu: efficienza (e)
Soluzione:
Efficienza di u mutore Carnot = 0.4 x 100% = 40%
7. Sicondu u graficu quì sottu, u travagliu fattu da u mutore hè 6000 Joule. Chì ghjè u calore scaricatu da u mutore per ogni cerchju ?
Cunnisciutu:
Travagliu (W) = 6000 Joule
Temperatura massima (T H ) = 800 Kelvin
Temperatura bassa (T L ) = 300 Kelvin
Ricercatu: calore scaricatu da u mutore
Soluzione :
Efficienza di Carnot (ideale):
Calore assorbitu da u mutore di Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0.625) Q 1
Q1 = 6000 / 0.625
Q1 = 9600
Calore scaricatu da u mutore di Carnot:
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q² = 3600 Joule
8. L'efficienza di un mutore Carnot hè di 40%. Sè u calore hè assorbitu à 727 °C, chì hè a bassa temperatura ?
Cunnisciutu:
Efficienza (e) = 40% = 40/100 = 0.4
Temperatura massima (T H ) = 727 ° C + 273 °C = 1000 K
Cercatu: Bassa temperatura
Soluzione:
T L = 600 Kelvin – 273 = 327 ° C
9. Basatu annantu à u graficu quì sottu, s'è u mutore assorbe 800 J di calore, chì hè u travagliu fattu da u mutore.
Cunnisciutu:
Temperatura massima (T H ) = 600 Kelvin
Temperatura bassa (T L ) = 250 Kelvin
Input di calore (Q 1 ) = 800 Joule
Cercasi: Travagliu (W)
Soluzione:
L'efficienza di u mutore di Carnot:
U travagliu hè statu fattu da u mutore:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466.7 Joule
10. A temperatura massima di un mutore Carnot hè 600 K. Sè u mutore assorbe 600 J di calore è a temperatura minima hè 400 K, chì hè u travagliu fattu da u mutore.
Cunnisciutu:
Bassa temperatura (T L ) = 400 K
Temperatura massima (T H ) = 600 K
Input di calore (Q 1 ) = 600 Joule
Cercatu: U travagliu hè statu fattu da u mutore di Carnot (W)
Soluzione:
L'efficienza di u mutore di Carnot:
U travagliu hè statu fattu da u mutore di Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
- Chì ghjè u focu principale di a termodinamica ? AvantiA termodinamica si cuncentra nantu à u studiu di l'energia, di e so trasfurmazioni è di a so relazione cù a materia, in particulare in i sistemi in equilibriu.
- Cumu hè ligata a lege zero di a termodinamica à a temperatura? AvantiA lege zero dice chì se dui sistemi sò ognunu in equilibriu termicu cù un terzu sistema, allora sò in equilibriu termicu trà di elli. Questu implica l'esistenza di una pruprietà chjamata temperatura, chì hè a listessa per tutti i sistemi in equilibriu termicu.
- Chì descrive a prima lege di a termodinamica ? AvantiA prima lege, cunnisciuta ancu cum'è a lege di a cunservazione di l'energia, dice chì l'energia ùn pò esse creata nè distrutta, solu cunvertita da una forma à l'altra. In un sistema chjusu, u cambiamentu di l'energia interna hè uguale à u calore aghjuntu à u sistema menu u travagliu fattu da u sistema nantu à u so ambiente.
- Perchè a seconda lege di a termodinamica hè cruciale per capisce a direzzione di i prucessi naturali? AvantiA seconda lege dice chì l'entropia (o u disordine) di un sistema isulatu aumenta sempre o ferma custante. Questu impone chì l'energia si disperde spontaneamente s'ella ùn hè micca impedita di fà cusì, dendu una direzzione à i prucessi naturali è spiegendu essenzialmente perchè certi prucessi si verificanu spontaneamente mentre altri ùn si verificanu micca.
- Chì ghjè l'entropia, è cumu si riferisce à u disordine in un sistema ? AvantiL'entropia hè una misura di a quantità d'energia in un sistema chì ùn hè micca dispunibile per fà u travagliu. Hè ancu spessu descritta cum'è una misura di u disordine o di l'aleatorietà di u sistema. In generale, una entropia più alta currisponde à un disordine o una aleatorietà più grande.
- Cumu a terza lege di a termodinamica descrive l'entropia di un cristallu perfettu à zero assulutu? AvantiA terza lege dice chì l'entropia di un cristallu perfettu hè esattamente zero à a temperatura zero assoluta (0 Kelvin). Questu significa chì à sta temperatura, u sistema hè perfettamente urdinatu.
- Perchè u calore ùn pò micca scorrere da un corpu più fretu à un corpu più caldu da per ellu ? AvantiStu cumpurtamentu hè una cunsequenza di a seconda lege di a termodinamica. Sè u calore scorrissi spontaneamente da un corpu più fretu à unu più caldu, questu purterebbe à una diminuzione di l'entropia generale di u sistema, chì ùn hè micca favurita da i prucessi naturali.
- Chì ghjè a differenza trà un sistema isolatu, chjusu è apertu in termodinamica ? AvantiUn sistema isulatu ùn scambia nè energia nè materia cù u so ambiente. Un sistema chjusu pò scambià energia ma ùn hà micca materia cù u so ambiente. Un sistema apertu pò scambià sia energia sia materia cù u so ambiente.
- Cumu hè differente u cuncettu di "travagliu" in termodinamica da l'usu cutidianu di u termine ? AvantiIn termodinamica, "travagliu" si riferisce à u prucessu di trasferimentu d'energia induve e forze applicate à un ughjettu u movenu in una direzzione parallela à a forza. Per esempiu, quandu un gas si espande contr'à un pistone, face un travagliu nantu à u pistone. Questa hè una definizione più specifica paragunata à l'usu cutidianu di "travagliu", chì puderia significà simpliciamente qualsiasi compitu o attività.
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Chì ghjè un ciclu di Carnot, è perchè hè significativu in termodinamica ? Risposta : U ciclu di Carnot hè un ciclu termodinamicu idealizatu chì furnisce un limite superiore à l'efficienza chì qualsiasi mutore termodinamicu classicu pò ottene durante a cunversione di u calore in travagliu (o vice versa). Hè significativu perchè stabilisce un limite fundamentale di efficienza basatu annantu à e temperature di i riservori di calore trà i quali opera un mutore.
