5 esempi di applicazione del primo principio della termodinamica ai processi isotermici (a temperatura costante)
1. Il grafico seguente mostra un gas ideale sottoposto a processo isotermico (approccio). Il lavoro svolto dal gas nel processo AB è…
Discussione
Lavoro svolto = area sotto la curva AB = area del triangolo + area del rettangolo
W = [½ (8 x 105–4 x 105)(3-1)] + [4 x 105 (3-1)]
W = [½ (4 x 105)(2)] + [4 x 105 (2)]
W = [4 x 105] + [8 x 105]
W = 12 x 105 Joule
Il lavoro svolto dal gas nel processo AB = 12 x 105 Joule
2. Il lavoro svolto da un gas ideale nel processo ABC è…
Discussione
È conosciuto :
Pressione 1 (P1) = 10 x 105 N / m2
Pressione 1 (P1) = 5 x 105 N / m2
Volume 1 (V1) = 10 litri = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Volume 2 (V2) = 30 litri = 30 dm3 = 30 x 10-3 m3
Chiesto : Lavoro compiuto dal gas nel processo ABC
Jawab :
Nel processo BC, il volume rimane costante, quindi il gas non compie lavoro. Il gas compie lavoro solo nel processo AB perché si verifica una variazione di volume. Pertanto, il lavoro compiuto dal gas nel processo ABC è uguale al lavoro compiuto dal gas nel processo AB.
Lavoro compiuto dal gas = area sottesa alla curva AB = area del triangolo + area del rettangolo.
W = [½(10×105–5×105)(30-10)]+[5×105(30-10)]
W = [½ (5 x 105)(20)] + [5 x 105 (20)]
W = [(5 x 105)(10)] + [100 x 105]
W = [50 x 105]+ [100 x 105]
W = 150 x 105 Joule
W = 1,5 x 107 Joule
3. Un gas subisce un processo isotermico. La quantità di calore che deve essere assorbita affinché il gas compia un lavoro di 5000 Joule è…
Discussione
È conosciuto :
Lavoro (W) = 5000 Joule
Chiesto : Calore assorbito (Q)
Jawab :
Il processo isotermico a cui si fa riferimento in questa domanda è un processo termodinamico in cui la temperatura rimane costante. La relazione tra la temperatura (T) e la variazione di energia interna di un gas è espressa dalla seguente equazione:
Se la temperatura è costante, la variazione di temperatura è zero. Poiché la variazione di temperatura è zero, anche la variazione di energia interna è zero. Applicando il primo principio della termodinamica si ottengono i seguenti risultati.
Prima legge della termodinamica :
Se la variazione di energia interna (U) è zero, allora il calore (Q) assorbito dal gas è uguale al lavoro compiuto dal gas (W). Quando il gas assorbe calore, acquisisce energia aggiuntiva che viene utilizzata per compiere lavoro.
Quindi il calore assorbito dal gas = lavoro compiuto dal gas = 5000 Joule.
4. Il grafico della pressione (P) in funzione del volume (V) di un gas sottoposto a un processo isotermico è mostrato nella figura seguente. La quantità di calore assorbita dal gas nel processo AB è…
Discussione
È conosciuto :
Pressione 1 (P1) = 5 atm = 5 x 105 Pa
Pressione 2 (P2) = 10 atm = 10 x 105 Pa
Volume 1 (V1) = 2 metri3
Volume 2 (V2) = 6 metri3
Chiesto : Calore (Q) assorbito dal gas nel processo AB
Jawab :
Isoterma = temperatura costante. Se la temperatura rimane costante, la variazione di temperatura è zero. Se la variazione di temperatura è zero, la variazione di energia interna è zero. La relazione tra la variazione di temperatura e la variazione di energia interna in un gas è espressa dalla seguente equazione:
Applicando questo principio alla prima legge della termodinamica, si ottengono i seguenti risultati:
Se la variazione di temperatura è zero, il calore assorbito dal gas è uguale al lavoro compiuto dal gas. Per trovare il calore assorbito dal gas nel processo AB, calcoliamo il lavoro compiuto dal gas in base al grafico sopra.
Lavoro compiuto dal gas = area sottesa alla curva AB = area del triangolo + area del rettangolo.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1) + P1(V2 - V1)
W = ½ (10 x 105 - 5 x 105)(6-2) + (5 x 105)(6-2)
W = ½ (5 x 105)(4) + (5 x 105) (4)
W = ½ (20 x 105) + (20×105)
W = (10 x 105) + (20×105)
W = 30 x 105 Joule
W = 30 atm
Calore (Q) assorbito dal gas nel processo AB = lavoro svolto dal gas nel processo AB = 30 x 105 Joule = 30 atmosfere.
5. In termodinamica, un gas ideale subisce un processo isotermico se...
A. Cambiamenti nello stato del gas, la temperatura rimane sempre costante
B. tutte le molecole si muovono a velocità diverse
C. Tutte le condizioni del gas comportano sempre un cambiamento di temperatura.
Assistente woohoo maggiore è la velocità molecolare
E. La pressione e il volume del gas non cambiano
Discussione
Isotermico o isotermico significa a temperatura costante.
La risposta corretta è A.
