Approfondimento di TERMODINAMICA

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1 Approfondimento di TERMODINAMICA Per la teoria si faccia riferimento al testo di fisica in adozione, 2 volume. In allegato, si vedano: scheda sulle pompe a mano video sulla macchina di Newcomen per ulteriore approfondimento, articolo di R. Renzetti, Dalle macchine termiche alla termodinamica NOTE: I. La sigla N.D.P. sta per nessuna delle precedenti risposte è corretta/completa II. Le domande contrassegnate con un asterisco sono domande affini a quelle proposte negli anni scorsi durante il T.I.L.. Le altre sono da intendersi utili al consolidamento e all affinamento della conoscenza.

2 1. Dimezzando il volume di un gas perfetto, inizialmente alla temperatura T e alla pressione p, si raddoppia la densità e la pressione. Quale è il valore della temperatura? [A] 2T [B] T [C] T/2 [D] T/4

3 2. Scegliendo opportunamente le coordinate di un sistema di assi ortogonali, una trasformazione di un gas perfetto può essere espressa graficamente in modo che: [A] nel piano (p,t) una isocora è rappresentata da una retta parallela all asse delle temperature [B] qualunque siano le coordinate, due trasformazioni termodinamiche non possono essere rappresentate da due assi ortogonali [C] qualunque siano le coordinate, una isoterma è sempre rappresentata da un ramo di iperbole equilatera [D] nel piano (p, V), i rami di isoterme si spostano verso l alto man mano che la temperatura aumenta

4 3. Un cilindro munito di stantuffo scorrevole a tenuta perfetta, contiene un gas perfetto alla temperatura di 27 C. Mantenendo costante la pressione, il gas viene riscaldato fino a 227 C. Sapendo che il volume iniziale occupato dal gas è 3 l, possiamo affermare che il volume dopo la trasformazione è [A] V2 = 3 l [B] V2 = 5 dm 3 [C] V2 = 5 m 3 [D] V2 = 25 l

5 4. Dal principio di equivalenza discende che: [A] l'equivalente meccanico del calore [B] il rapporto L/Q dipende dal tipo di varia al variare trasformazione e dal senso secondo cuidella il processo avviene trasformazione considerata [C] se 8,36 J di lavoro vengono convertiti in calore mediante un processo che riporta il sistema nelle condizioni iniziali, tale calore, ceduto a un grammo di acqua, ne innalza la temperatura di 2 C [D] il lavoro di un joule è equivalente a 4,18 cal

6 5. Dal principio di equivalenza discende che: [A] 1 cal = 1 Joule [C] l equivalente meccanico del calore è una costante universale indipendente dalle unità di misura [B] il calore è una forma di energia in transito attraverso un contorno a causa di una differenza di temperatura [D] tutte le alternative sono esatte

7 6. Nel ciclo rappresentato in figura, il lavoro risulta uguale a: [A] 1 J [B] 2 J [C] 3 J [D] 4 J

8 7. Nel ciclo rappresentato in figura nel piano (P,V) il lavoro risulta uguale a: [A] 10 J [B] 30 J [C] 20 J [D] 30 J

9 8. L area racchiusa entro un ciclo raffigurato in un sistema di assi cartesiani rappresenta il lavoro [A] positivo o negativo se il ciclo è descritto nel piano (P,V) [B] subìto dal gas qualunque siano le coordinate che caratterizzano gli assi purché il ciclo si ha descritto in verso antiorario [C] compiuto dal gas qualunque siano le coordinate che caratterizzano gli assi, purché il ciclo si ha descritto in verso orario [D] a condizione che la sostanza che descrive il ciclo sia un gas perfetto

10 9. Un gas contenuto in un cilindro, considerato un perfetto conduttore, si trova in equilibrio con una sorgente termica. Comprimendo il gas, mediante un lavoro compiuto dall'esterno, possiamo affermare che, ad equilibrio nuovamente raggiunto, la temperatura del gas è: [A] aumentata, in quanto ogni fluido compresso si riscalda [B] è rimasta costante in quanto il gas è direttamente in contatto con una sorgente [C] diminuita in quanto il gas subisce un lavoro considerato negativo per la convenzione sui segni [D] certamente variata e la variazione positiva o negativa dipende dalla particolare trasformazione

11 10. Un sistema termodinamico a diretto contatto con una sorgente di calore e limitato da pareti perfettamente conduttrici contiene un gas in equilibrio con la sorgente. A un certo punto il pistone, inizialmente bloccato, si innalza e il gas si espande. possiamo affermare che, stabilita la condizione di equilibrio: [A] diminuisce la temperatura del gas, in quanto un fluido in espansione si raffredda [B] diminuisce la temperatura della sorgente in quanto essa accede una certa quantità di calore al sistema [C] aumenta la temperatura della sorgente, in quanto a seguito dell'innalzamento del pistone viene compiuto un lavoro verso l'esterno [D] la temperatura della sorgente è quella del sistema rimangono costanti

12 11. L'espressione analitica Q -- L = ΔU, mediante la quale si suole esprimere il primo principio della termodinamica, è valida: [A] solo per i gas perfetti [C] a condizione che il processo considerato si è rappresentato da una trasformazione ciclica [B] qualunque sia la natura del gas [D] solo se durante il processo non si hanno trasformazioni di energia meccanica in energia termica.

13 12. In un processo termodinamico il lavoro: [A] dipende solo dallo stato iniziale e dallo stato finale della particolare trasformazione seguita [C] è positivo, se a seguito della trasformazione, il volume finale è maggiore di quello iniziale [B] è nullo in una trasformazione ciclica [D] non può mai essere uguale alla variazione di energia interna, Qualunque sia la trasformazione considerata

14 13. Dal primo principio della termodinamica discende che: [A] la somma algebrica del calore Q e del lavoro L dipende dallo stato iniziale e finale del processo, mentre è indipendente dalla particolare trasformazione seguita [B] L = ΔU per una trasformazione a volume costante [C] se è vera la prima alternativa, anche Q e L, presi separatamente, debbono essere indipendenti dalla particolare trasformazione [D] il calore Q caratterizza l'energia termica posseduta dal corpo interessato nel processo.

15 14. Un gas subisce un processo al seguito del quale lo stato finale del sistema coincide con quello iniziale. Quale delle seguenti relazioni è errata? [A] ΔU = 0 [B] ΔU/Q = 0 [C] ΔL = 0 [D] L - ΔU = 0

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17 15. Un gas assorbe una certa quantità di calore e compie un certo lavoro mentre la temperatura rimane costante. Utilizzando le consuete notazioni delle grandezze energetiche interessate nel processo risulta: [A] ΔU - Q = 0 [B] ΔU/Q = 1 [C] Q - L = 1 [D] Q/L = 1

18 16. L'energia interna di un gas perfetto : [A] è espressa dalla relazione nc v ΔT dove n è il numero di moli, c v il calore specifico a volume costante e ΔT la variazione di temperatura [B] è indipendente dalla natura del gas considerato [C] a parità di temperatura dipende dal volume occupato [D] dipende dalla particolare trasformazione che ha condotto il gas a quello stato termodinamico

19 17. Un sistema termodinamico effettua una trasformazione nel corso della quale la quantità di calore Q assorbito dall'esterno coincide con lavoro subito dal sistema. Possiamo affermare che il processo riguarda una trasformazione: [A] adiabatica [B] isobara [C] isocora [D] ciclica

20 18. A seguito di un espansione adiabatica, un gas perfetto passa dallo stato A caratterizzato dai parametri p a, V a,t a allo stato B caratterizzato dai parametri p b, V b,t b [A] I valori p a, V a,t a sono sempre più piccoli dei corrispondenti valori p b, V b,t b [C] Solo p b è minore di p a, il quanto è l unico parametro che varia [B] I valori p a, V a,t a sono sempre più grandi dei corrispondenti valori p b, V b,t b [D] T b è minore di T a in quanto il lavoro di espansione è fatto a spese dell energia interna del sistema

21 19. Un gas perfetto è sottoposto dapprima a una trasformazione a volume costante dallo stato A allo stato B e successivamente a una trasformazione adiabatica dallo stato A allo stato C. Sapendo che le linee in tratteggio rappresentano due trasformazioni isoterme, possiamo affermare che la variazione complessiva dell'energia interna del gas è [A] positiva [B] nulla [C] negativa [D] non calcolabile con le informazioni a disposizione

22 20. Il rendimento di una macchina termica [A] è sempre minore dell'unità qualunque siano le temperature delle sorgenti con le quali il fluido scambia calore [B] è uguale al rapporto tra il lavoro svolto è tutto il calore scambiato durante il ciclo [C] è sempre pari a (T C T F ) T C dove T C T F sono le temperature estreme con T C >T F [D] sono vere sia la risposta [A], sia la risposta [C].

23 21. Possiamo affermare che il rendimento del ciclo di Carnot: [A] è sempre maggiore del [C] è pari al massimo possibile in rendimento di qualsiasi altra quanto tutte le trasformazioni che macchina termica lo compongono sono reversibili [B] può essere espresso dalla relazione 1-- T F /T C con T C >T F, qualunque sia la sostanza operante [D] sono corrette sia la [A], sia la [B]

24 22. Una macchina termica descrive un ciclo fra le temperature estreme T C e T F con T C >T F. Possiamo affermare che: [A] il rendimento è sempre inferiore al rendimento di un ciclo di Carnot qualunque siano le temperature delle sorgenti che caratterizzano il ciclo [C] il ciclo deve essere sempre descritto da almeno due adiabatiche [B] il rendimento non è esprimibile in funzione delle temperature in quanto questa è una prerogativa solamente del ciclo di Carnot [D] il lavoro sviluppato durante il ciclo è valutabile calcolando l'area delimitata entro il ciclo se esso è rappresentato nel piano (P,V).

25 23. Una macchina termica svolge un ciclo termodinamico durante il quale assorbe da una sorgente una quantità di calore Q C che supera di 500 J la quantità Q F ceduta al refrigerante. Possiamo affermare che il lavoro sviluppato dalla macchina in un ciclo è : [A] 500 J [B] 120 kcal [C] non calcolabile perché non si conosce il rapporto Q C / Q F [D] non calcolabile perché non si conosce la temperatura di almeno una delle due sorgenti fra le quali lavora la macchina

26 24. Una macchina termica preleva una quantità di calore Q C e cede una quantità di calore Q F a un refrigerante. Possiamo affermare che, se il rapporto Q C / Q F = 10/7, il rendimento della macchina è: [A] 30% [B] 70% [C] 42% [D] 56%

27 25. Nell'ipotesi che la sorgente della macchina termica del test precedente abbia una temperatura di 127 C e che il ciclo sia assimilabile a un ciclo di Carnot, la temperatura del refrigerante deve essere: [A] 280 C [B] 27 C [C] 88,9 C [D] 47 K

28 26. Durante un ciclo cardiaco, il ventricolo sinistro di un soggetto normale sviluppa una quantità di calore pari a circa 2,0 cal. Nell'ipotesi che l'efficienza meccanica del cuore, corrispondente al rendimento di una macchina termica, sia del 15%, possiamo affermare che il lavoro meccanico compiuto dal ventricolo sinistro in un ciclo cardiaco risulta uguale a: [A] 1.5 cal [B] 1.5 J [C] 0.30 cal [D] 4,0 cal

29 27. Un ciclo di Carnot viene descritto prima da una sostanza a fra le temperature di 800 K e 600 K e poi da una sostanza B fra le temperature estreme di 127 C e 27 C. Possiamo affermare che: [A] il rendimento riguardante la sostanza A è maggiore di quello relativo alla sostanza B in quanto le temperature di esercizio sono più elevate [B] il rendimento riguardante la sostanza B è maggiore di quello relativo alla sostanza A in quanto nel secondo caso le temperature di esercizio sono espresse in gradi Celsius [C] il rendimento riguardante la sostanza A è uguale al quello relativo a B perché descrivono lo stesso ciclo [D] i rendimenti non possono essere confrontati, in quanto non si conosce la natura delle sostanze che descrivono i processi.

30 28. Possiamo affermare che per aumentare il rendimento di un ciclo di Carnot conviene : [A] aumentare T C mantenendo costante T F [C] aumentare della stessa quantità entrambe le temperature [B] diminuire T F mantenendo costante T C [D] diminuire T C e aumentare T F