20 esempi di domande sulla termodinamica
Processo termodinamico
1. 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.
D. ad alte temperature la velocità delle molecole è maggiore
E. La pressione e il volume del gas non cambiano
Discussione
Isotermico o isotermo significa a temperatura costante.
La risposta corretta è A.
2. Tutti i gas ideali subiscono un processo isocoro, quindi...
A. tutte le molecole hanno la stessa velocità
B. ad alte temperature la velocità media delle molecole è maggiore
C. la pressione del gas rimane costante
D. il gas compirà lavoro
E non ha energia interna
Discussione
Isocorica = volume costante.
La risposta corretta è B.
3. L'affermazione corretta sui processi termodinamici è...
A. La reazione isobara è il processo di cambiamento di gas a pressione costante.
B. Isobarico è il processo di cambiamento di gas a temperatura costante.
C. La reazione isocora è un processo di cambiamento di gas a pressione costante.
D. L'isoterma è il processo di cambiamento di un gas a volume costante.
E. La ionizzazione isocora è un processo di cambiamento di gas a temperatura costante.
Discussione
Isobarico = pressione costante
Isocorica = volume costante
Isotermico = temperatura costante
La risposta corretta è A.
Prima legge della termodinamica
4. Dal grafico PV sottostante, la quantità di lavoro del gas nei processi I e II è proporzionale a...
A. 4 : 3
B. 3 : 4
C. 2 : 3
D. 1 : 2
E. 1 : 1
Discussione
È noto che:
Processo 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
Processo 2:
Pressione (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
Chiesto:
Risposta :
Lavori in corso relativi al gas I:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (20)(40-10)(10 -3 m 3 ) = (20)(30)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0,6 m 3
Lavori relativi al gas in corso II:
W = P ΔV = P (V 2 –V 1 ) = (15)(60-20)(10 -3 m 3 ) = (15)(40)(10 -3 m 3 ) = (600)(10 -3 m 3 ) = 0,6 m 3
Confronto del lavoro del gas nei processi I e II:
0,6 m³ : 0,6 m³
1: 1
La risposta corretta è E.
5. Dal grafico P-V, la quantità di lavoro del gas nei processi I e II è proporzionale a...
A. 4 : 3
B. 3 : 4
C. 2 : 3
D. 1 : 2
E. 1 : 1
Discussione
È noto che:
Processo I:
Pressione (P) = 20 Pascal
Volume 1 (V 1 ) = 10 litri
Volume 2 (V 2 ) = 40 litri
Processo II:
Pressione (P) = 15 Pascal
Volume 1 (V 1 ) = 20 litri
Volume 2 (V 2 ) = 60 litri
Domanda: Confronto del lavoro del gas nei processi I e II
Risposta :
Il processo termodinamico rappresentato nel grafico sopra è un processo isobarico (a pressione costante).
Lavoro svolto dal gas nel processo I:
W = P (V 2 – V 1 )
W = (20)(40 – 10)
W = (20)(30)
W = 600
Lavoro svolto dal gas nel processo II:
W = P (V 2 – V 1 )
W = (15)(60 – 20)
W = (15)(40)
W = 600
Confronto del lavoro del gas nei processi I e II:
600: 600
1: 1
La risposta corretta è E.
6. Il gas elio viene riscaldato secondo il grafico PV riportato di seguito. Il lavoro svolto dal gas elio nel processo AB è...
A. 15 joule 
B. 10 joule
C. 8 joule
D. 4 joule
E. 2 joule
Discussione
È noto che :
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
Domanda : Il lavoro svolto dal gas nel processo AB
Risposta :
W = ∆P ∆V
W = P (V 2 – V 1 )
W = (2 x 10⁵ ) (5 x 10⁻³ – 5 x 10⁻³ )
W = (2 x 10⁵ ) (10 x 10⁻⁶ ) = (2 x 10⁵ )(1 x 10⁻⁵ )
W = 2 Joule
La risposta corretta è E.
7. Guarda l'immagine! Un gas ideale subisce un processo di trasformazione della pressione (P) in volume (V). Il lavoro compiuto dal gas in questo processo è…
A. 20 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
E. 4 Joule
Discussione
È noto che :
Pressione iniziale (P 1 ) = 4 Pa = 4 N/m 2
Pressione finale (P 2 ) = 6 Pa = 6 N/m 2
Volume iniziale (V 1 ) = 2 m 3
Volume finale (V 2 ) = 4 m 3
Cercasi : Lavoro a gas (W)
Risposta :
Lavoro compiuto dal gas = area sottesa alla curva ab.
W = area del triangolo + area del rettangolo
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
La risposta corretta è E.
8. Un gas ideale subisce un processo chiuso A → B → C → A. In un ciclo, il gas compie lavoro pari a...
A. -2,0 x 103 J
B. − 5,5 x 10 3 J
C. − 8,0 x 10 5 J
D. 2,0 x 10 6 J
E. 4,0 x 10 6 J
Discussione
Lavoro (W) = area della curva (area del triangolo all'interno della linea indicata dalla freccia).
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 )
W = 20 x 10 5 = 2 x 10 6 Joule
La risposta corretta è D.
Motore termico
9. Una macchina assorbe 2.000 Joule di calore da un serbatoio ad alta temperatura e cede 1.200 Joule a un serbatoio a bassa temperatura. Il rendimento della macchina è ….
A. 80%
B. 75%
Circa il 60%
D. 50%
E. 40%
Discussione
È noto che:
Calore assorbito (Q H ) = 2000 Joule
Calore rilasciato (Q L ) = 1200 Joule
Lavoro prodotto dalla macchina (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Domanda : Efficienza del motore termico (e)
Risposta :
La formula per il rendimento di un motore termico:
e = W / Q H = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%
La risposta corretta è E.
Motore di Carnot
10. L'efficienza di un motore di Carnot il cui ciclo assorbe calore a una temperatura di 960 K e cede calore a una temperatura di 576 K è...
A. 40%
B. 50%
Circa il 56%
D. 60%
E. 80%
Discussione
È noto che :
Alta temperatura (TH ) = 960 K
Bassa temperatura (TL ) = 576 K
Domanda : Efficienza del motore di Carnot (e)
Risposta :
L'efficienza di un motore di Carnot è pari a 0,4 x 100% = 40%
La risposta corretta è A.
11. Nel grafico PV del motore di Carnot riportato di seguito, W = 6.000 Joule. La quantità di calore rilasciata dal motore per ciclo è...
A. 2.250 joule
B. 3.000 joule
C. 3.750 joule
D. 6.000 joule
E. 9.600 joule
Discussione
È noto che:
Lavoro (W) = 6000 Joule
Alta temperatura (TH ) = 800 Kelvin
Bassa temperatura (T L ) = 300 Kelvin
Domanda: Q
Risposta :
Efficienza di un motore termico ideale (motore di Carnot):
Calore assorbito dal motore di Carnot:
W = e Q 1
6000 = (0,625) Q 1
Q 1 = 6000 / 0,625
Q 1 = 9600
Calore rilasciato da un motore di Carnot:
Q 2 = Q 1 – W
Q 2 = 9600 – 6000
Q 2 = 3600 Joule
Non esiste una risposta giusta.
12. Un motore di Carnot con un rendimento del 40% utilizza un serbatoio caldo a una temperatura di 727 °C. Determinare la temperatura del serbatoio freddo!
A. 327 °C
B. 357°C
C. 400°C
D. 600°C
E. 627°C
Discussione
È noto che:
Efficienza (e) = 40% = 40/100 = 0,4
Alta temperatura (TH ) = 727 ° C + 273 = 1000 K
Domanda: Determinare la temperatura del serbatoio freddo
Risposta :
La temperatura del serbatoio è 600–273 = 327 ° C
La risposta corretta è A.
13. Il grafico P-V di un motore di Carnot ha l'aspetto della figura seguente! Se il motore assorbe 800 J di calore, allora il lavoro svolto è…
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J
Discussione
È noto che:
Alta temperatura (TH ) = 600 Kelvin
Bassa temperatura (T L ) = 250 Kelvin
Calore assorbito (Q 1 ) = 800 Joule
Domanda: Sforzo (W)
Risposta :
Efficienza di un motore termico ideale (motore di Carnot):
Gli sforzi compiuti sono:
W = e Q 1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466,7 Joule
La risposta corretta è D.
14. Un motore di Carnot funziona ad un'alta temperatura di 600 K per produrre lavoro meccanico. Se il motore assorbe 600 J di calore a una bassa temperatura di 400 K, allora il lavoro prodotto è...
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
Discussione
È noto che :
Bassa temperatura (TL ) = 400 K
Alta temperatura (TH ) = 600 K
Calore assorbito (Q 1 ) = 600 Joule
Ricerca : opere prodotte dal motore di Carnot (O)
Risposta :
Efficienza di un motore termico ideale (motore di Carnot):
Lavoro svolto dal motore di Carnot:
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
La risposta corretta è E.
Teoria cinetica dei gas e termodinamica
15. In un serbatoio è presente un gas ideale con un volume di 4 litri, una temperatura di 27 ° C e una pressione di 3 atm (1 atm = 10⁵ Nm⁻² ) . Il gas subisce un processo di riscaldamento a pressione costante fino a una temperatura di 87 ° C . La capacità termica del gas è di 9 J K⁻¹ . Il volume finale del gas e la variazione di energia interna del gas sono rispettivamente...
A. 4,2 litri, ΔU = 200 Joule
B. 4,4 litri, ΔU = 240 Joule
C. 4,6 litri, ΔU = 280 Joule
D. 4,8 litri, ΔU = 300 Joule
E. 4,8 litri, ΔU = 360 Joule
Discussione
Processo isobarico (pressione costante)
È noto che:
Il volume iniziale di un gas ideale (V 1 ) = 4 litri
Temperatura iniziale di un gas ideale (T 1 ) = 27 ° C + 273 = 300 K
Temperatura finale del gas ideale (T 2 ) = 87 ° C + 273 = 360 K
Pressione del gas ideale (P) = 3 atm = 3 x 10 5 Nm -2
Capacità termica del gas (C) = 9 JK -1
Domanda: Volume finale del gas (V 2 ) e variazione dell'energia interna del gas (ΔU)
Risposta :
Calcola il volume finale utilizzando la formula della legge di Charles (processo isobarico o a pressione costante):
Variazione di volume:
1 litro = 0,001 m³
Volume iniziale (V 1 ) = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Volume finale (V 2 ) = 4,8 (0,001 m 3 ) = 0,0048 m 3
Variazione di volume ( ΔV) = V2 – V1 = 0,0048 m³ – 0,004 m³ = 0,008 m³.
Variazioni di temperatura:
Variazione di temperatura (ΔT) = T 2 – T 1 = 360 K – 300 K = 60 K
Calcola la variazione di energia interna (ΔU) di un gas ideale utilizzando la formula del primo principio della termodinamica:
∆U = Q – W
Descrizione: ΔU = variazione di energia interna, Q = calore, W = lavoro.
Calcola il lavoro (W) a pressione costante:
W = P ΔV = (3 x 10 5 )( 0,0008) = (3 x 10 1 )( 8) = (30)(8) = 240 Joule
Calcola il calore (Q) utilizzando la formula della capacità termica (C):
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Joule
Calcola la variazione di energia interna:
ΔU = Q – W = 540 Joule – 240 Joule = 300 Joule.
La risposta corretta è D.
16. In un serbatoio sono presenti 6 litri di gas ideale con una pressione di 2 atm (1 atm = 10⁵ Nm⁻² ) e una temperatura di 27 ° C . Il gas viene riscaldato a una temperatura di 77 ° C a pressione costante. Se la capacità termica del gas è di 5 J K⁻¹ , il volume finale e la variazione di energia interna del gas sono rispettivamente...
A. 8 litri; ΔU = 250 Joule
B. 8 litri; ΔU = 200 Joule
C. 7 litri; ΔU = 100 Joule
D. 7 litri; ΔU = 50 Joule
E. 7 litri; ΔU = 20 Joule
Discussione
Processo isobarico (pressione costante)
È noto che:
Il volume iniziale di un gas ideale (V 1 ) = 6 litri
Temperatura iniziale di un gas ideale (T 1 ) = 27 ° C + 273 = 300 K
Temperatura finale del gas ideale (T 2 ) = 77 ° C + 273 = 350 K
Pressione del gas ideale (P) = 2 atm = 2 x 10 5 Nm -2
Capacità termica del gas (C) = 5 JK -1
Domanda: Volume finale del gas (V 2 ) e variazione dell'energia interna del gas (ΔU)
Risposta :
Calcola il volume finale utilizzando la formula della legge di Charles (processo isobarico o a pressione costante):
Variazione di volume:
1 litro = 0,001 m³
Volume iniziale (V 1 ) = 6 (0,001 m 3 ) = 0,006 m 3
Volume finale (V 2 ) = 7 (0,001 m 3 ) = 0,007 m 3
Variazione di volume ( ΔV) = V2 – V1 = 0,007 m³ – 0,006 m³ = 0,001 m³.
Variazioni di temperatura:
Variazione di temperatura (ΔT) = T 2 – T 1 = 350 K – 300 K = 50 K
Calcola la variazione di energia interna (ΔU) di un gas ideale utilizzando la formula del primo principio della termodinamica:
∆U = Q – W
Descrizione: ΔU = variazione di energia interna, Q = calore, W = lavoro.
Calcola il lavoro (W) a pressione costante:
W = P ΔV = (2 x 10 5 )( 0,001) = (2 x 10 2 )(1 ) = (200)(1) = 200 Joule
Calcola il calore (Q) utilizzando la formula della capacità termica (C):
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Joule
Calcola la variazione di energia interna:
ΔU = Q – W = 250 Joule – 200 Joule = 50 Joule.
La risposta corretta è D.
Processo termodinamico
17. Osserva il grafico a lato e le seguenti affermazioni!
(1) Il processo AB è isobarico e W = P (V2 - V1)
(2) Il processo BC è adiabatico e ΔU = Q
(3) Il processo BC è isocoro e ΔU = Q
(4) Il processo CA è isotermico e il sistema assorbe calore.
L'affermazione corretta è…
A. (1) e (3)
B. (1) e (4)
C. (2) e (3)
D. (2) e (4)
E. (3) e (4)
Discussione
(1 ) Il processo AB è isobarico e W = P (V 2 – V 1 )
Isobarico = pressione costante. La pressione costante è indicata da una linea retta lungo P1 da A a B. In questo processo, la pressione rimane costante ma si verifica una variazione di volume, con conseguente aumento del volume. Se il volume aumenta, il sistema compie lavoro sull'ambiente, dove la quantità di lavoro (W) è il risultato del prodotto della pressione (P) e della variazione di volume (ΔU).
(3) Il processo BC è isocoro e ΔU = Q
Isocora = volume costante. Il volume fisso è indicato da una linea retta lungo V2 da B a C. In questo processo, il volume rimane costante ma c'è una variazione di pressione dove la pressione aumenta. Il volume è costante quindi non viene compiuto alcun lavoro, dove W = 0. La formula per la prima legge della termodinamica è ΔU = Q – W, dove ΔU = variazione di energia interna, Q = calore e W = lavoro. Se non c'è lavoro allora W = 0, quindi ΔU = Q.
La risposta corretta è A.
18 Osservate il seguente grafico del ciclo termodinamico!
Dalla seguente dichiarazione:
(1) A – B = isocora, il lavoro dipende dalle variazioni di temperatura
(2) B – C = adiabatico, nessun cambiamento di calore
(3) B – C = isobarico, il lavoro dipende dalle variazioni di volume
(4) C – A = il processo avviene con uno sforzo dall'esterno del sistema
La verità è…
A. (1) e (2)
B. (1) e (3)
C. (2) e (3)
D. (2) e (4)
E. (3) e (4)
Discussione
(1) A – B = isocora, il lavoro dipende dalle variazioni di temperatura
Sì, questo processo è isocoro (a volume costante). Tuttavia, poiché il volume rimane costante, non viene compiuto alcun lavoro. Il lavoro si verifica quando c'è una variazione di volume. Pertanto, questa affermazione è errata.
(3) B – C = isobarico, il lavoro dipende dalle variazioni di volume
Isobarico = pressione costante. La pressione costante è indicata da una linea retta da B a C. In questo processo, si verifica una variazione del volume del sistema, che aumenta. Un aumento del volume del sistema significa che il sistema compie lavoro sull'ambiente.
(4) C – A = il processo avviene con uno sforzo dall'esterno del sistema
In questo processo, il volume del sistema diminuisce e la pressione del sistema si riduce. Una diminuzione del volume del sistema significa che l'ambiente esterno compie lavoro sul sistema. In altre parole, si sta svolgendo un lavoro dall'esterno.
La risposta corretta è E.
Leggi della termodinamica
19. Guarda l'immagine! Un gas ideale subisce un processo di trasformazione della pressione (P) in volume (V). Il lavoro compiuto dal gas in questo processo è…
A. 20 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
E. 4 Joule
Discussione
È conosciuto :
Pressione iniziale (P1) = 4 Pa = 4 N/m2
Pressione finale (P2) = 6 Pa = 6 N/m2
Volume iniziale (V1) = 2 metri3
Volume finale (V2) = 4 metri3
Chiesto : Lavoro compiuto dal gas (W)
Jawab :
Lavoro compiuto dal gas = area sottesa alla curva ab.
W = area del triangolo + area del rettangolo
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
La risposta corretta è E.
20. Un gas ideale subisce un processo chiuso A → B → C → A. In un ciclo, il gas compie lavoro pari a...
A. −2,0 x 103 J
B. −5,5 x 103 J
C. −8,0 x 105 J
D. 2,0 x 106 J
E. 4,0 x 106 J
Discussione
Lavoro (W) = area della curva (area del triangolo all'interno della linea indicata dalla freccia).
W = ½ (20-10)(6 x 105 - 2 x 105)
W = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
W = 20 x 105 = 2 x 106 Joule
La risposta corretta è D.
Fonte della domanda:
Domande di fisica per l'esame nazionale di fisica per la scuola superiore/istituto professionale.
