Prerequisiti sulle applicazioni della dinamica

Test da Olimpiadi della Fisica

Esercizi sulla termodinamica

JQuiz realizzato con HotPotatoes

Una mole di gas perfetto alla temperatura assoluta T viene raffreddata con una trasformazione isocora finché la pressione p scende al valore p/k. Successivamente, con un'isobara, il gas viene riportato alla temperatura iniziale.

La quantità di calore complessivamente scambiato dal gas nel processo è . . .
1. kRT
2. RT / k
3. (1-1 / k) RT
4. (k-1) RT
5. k / (k-1) RT
Una macchina di Carnot funziona fra le temperature T₁ = 800 K e T₂ = 200 K. In ogni ciclo assorbe 8 kJ di energia termica.

L'energia meccanica fornita, E, è pari a
1. 1 kJ
2. 2 kJ
3. 3 kJ
4. 6 kJ
5. 8 kJ
Il funzionamento di una macchina a vapore è grosso modo il seguente:

a) l'acqua sotto pressione viene riscaldata fino al punto di ebollizione;
b) l'acqua vaporizza e il vapore si espande a pressione costante alla temperatura del punto di ebollizione;
c) il vapore è iniettato nel cilindro e spinge il pistone provocando un'espansione adiabatica;
d) il vapore si condensa a pressione costante;
e) l'acqua liquida è pompata nella caldaia e il ciclo ricomincia.

Tra i seguenti diagrammi, puramente indicativi, rappresentati nel piano (p,V), quale riproduce meglio il funzionamento descritto sopra?
Un ingegnere afferma di aver inventato un motore termico che funziona fra le temperature di 200°C e 50°C con un rendimento di 0.35.

Si può dire che . . .
1. . . . l'ingegnere non ha niente di cui vantarsi.
2. . . . è proprio un rendimento medio.
3. . . . il rendimento è buono, ma nient'altro di più.
4. . . . il rendimento ottenuto è eccellente.
5. . . . un tale motore non può esistere.
L'energia interna di una quantità fissata (cioè a massa costante) di un dato gas perfetto dipende. . .
1. . . . dalla pressione, ma non dal volume o dalla temperatura.
2. . . . dalla temperatura, ma non dalla pressione o dal volume.
3. . . . dal volume, ma non dalla pressione o dalla temperatura.
4. . . . dalla pressione e dalla temperatura, ma non dal volume.
5. . . . dal volume e dalla temperatura, ma non dalla pressione.
Una data massa di gas perfetto esegue il ciclo mostrato in figura, dove KL è un'isoterma e MK è un'adiabatica.

Quali delle seguenti affermazioni sono corrette?

1 - Il gas compie lavoro nella trasformazione LM.
2 - La temperatura dello stato K è maggiore di quella dello stato L.
3 - La temperatura dello stato K è maggiore di quella dello stato M.
1. Tutte e tre
2. Solo la 1 e la 2
3. Solo la 2 e la 3
4. Solo la 1
5. Solo la 3
Q₁ è l'aumento di energia interna di una mole di gas, che inizialmente si trova alla temperatura assoluta T, pressione p, volume V, quando la sua temperatura subisce un incremento di 1 K a pressione costante.

Se la stessa variazione di temperatura avvenisse a volume costante, l'energia interna aumenterebbe del valore Q₂ pari a ...
1. ... Q₁
2. ... Q₁ + pT
3. ... Q₁ - pVT
4. ... Q₁ - pV/T
5. ... Q₁ + pV/T
Il grafico seguente mostra l'andamento della temperatura in funzione del tempo per una data sostanza, riscaldata da un fornello a potenza costante.

Durante l'intervallo DE la sostanza subisce . . .
1. . . . una diminuzione di energia interna e un cambiamento di fase.
2. . . . un aumento di energia interna e un cambiamento di fase.
3. . . . un aumento di energia interna e nessun cambiamento di fase.
4. . . . nessuna variazione di energia interna e un cambiamento di fase.
5. . . . nessuna variazione di energia interna e nessun cambiamento di fase.
Un recipiente cilindrico, chiuso in alto da un pistone mobile, contiene una determinata quantità di gas perfetto. Del calore viene fornito al gas, causando la sua espansione e la salita del pistone.

Se tutto il calore fornito è stato convertito in lavoro necessario a sollevare il pistone, allora . . .
1. . . . l'energia interna del gas decresce e la temperatura cresce.
2. . . . l'energia interna del gas cresce e la temperatura cresce.
3. . . . l'energia interna del gas rimane inalterata e la temperatura cresce.
4. . . . l'energia interna del gas rimane inalterata e la temperatura rimane inalterata.
5. . . . l'energia interna del gas cresce e la temperatura rimane inalterata.
Se un gas monoatomico subisce un'espansione reversibile raddoppiando il suo volume in modo isotermico compie un lavoro W_i. Se invece subisce un'espansione adiabatica reversibile, raddoppiando il suo volume a partire dalle stesse condizioni iniziali, il gas compie un lavoro W_a.

Quale affermazione è corretta?
1. W_i = W_a
2. 0 = W_i < W_a
3. 0 < W_i < W_a
4. 0 = W_a < W_i
5. 0 < W_a < W_i
Un motore ideale assorbe calore da una sorgente termica a temperatura maggiore e cede calore ad una sorgente a temperatura minore.

Se il calore ceduto alla sorgente a bassa temperatura è 3 volte più grande del lavoro fatto dal motore, il suo rendimento è
1. 0.25
2. 0.33
3. 0.67
4. 0.9
5. 1.33
Una certa quantità di gas perfetto esegue il ciclo reversibile mostrato in figura, in cui la trasformazione BC è un'isoterma.

Il lavoro sviluppato dal gas in un ciclo ha un valore prossimo a
1. 600 kJ
2. 300 kJ
3. 0
4. -300 kJ
5. -600 kJ
Un gas si trova in uno stato di equilibrio che è rappresentato dal punto X nel diagramma (p,V) rappresentato in figura.

Quale delle seguenti cinque curve rappresenta un processo in cui quel gas non compie lavoro sull'ambiente circostante, né viene fatto lavoro su di esso?
1. A
2. B
3. C
4. D
5. E
Un gas perfetto, monoatomico, viene compresso a temperatura costante.

Durante questo processo l'energia interna del gas. . .
1. . . . diminuisce perché il gas compie lavoro sull'ambiente che lo circonda.
2. . . . diminuisce perché in un gas perfetto le molecole urtano fra loro.
3. . . . resta invariata perché l'energia interna del gas perfetto dipende solo dalla sua temperatura.
4. . . . cresce perché si fa lavoro sul gas per comprimerlo.
5. . . . cresce perché si riduce il tratto che in media le molecole percorrono fra un urto e l'altro.
Nei diagrammi (V,p) mostrati qui sotto, la curva tratteggiata rappresenta una trasformazione isoterma di un gas perfetto.

Quale, tra le linee a tratto pieno, rappresenta una trasformazione adiabatica reversibile?
Di due oggetti si conoscono solo le rispettive temperature, che sono diverse.

Con queste sole informazioni si può dedurre . . .
1. . . . l'energia interna di ciascun oggetto.
2. . . . quanto calore può essere trasmesso da un oggetto all'altro.
3. . . . se ci sarà uno scambio di calore quando gli oggetti sono messi in contatto termico.
4. . . . l'energia termica di ciascun oggetto.
5. . . . la temperatura di equilibrio a cui pervengono i due oggetti messi in contatto termico.
Quando in una centrale elettrica si brucia del carbone per produrre elettricità, il rendimento del processo è di solito attorno al 40%.

Questo significa che. . .
1. . . . nella centrale si brucia solo il 40% del carbone.
2. . . . il 60% dell'energia ricavata dalla combustione del carbone viene dispersa nell'ambiente attraverso la ciminiera.
3. . . . il 60% dell'energia ricavata dalla combustione del carbone viene sprecata per portare l'acqua all'ebollizione.
4. . . . il 40% dell'energia ricavata dalla combustione del carbone viene convertita in energia elettrica.
5. . . . il 40% dell'energia viene recuperata nelle torri di raffreddamento.
Una certa quantità di gas è sottoposta ad un ciclo termodinamico che nel piano (p,V) è descritto dal diagramma riportato in figura.

Qual è il lavoro netto fatto dal gas durante l'intero ciclo?
1. 12 kJ
2. 8 kJ
3. 6 kJ
4. 4 kJ
5. 2 kJ
In un motore Diesel, il pistone comprime nel cilindro la miscela aria-gasolio e tale miscela si riscalda fino a innescare la loro combustione.

Qual è il processo che provoca questo riscaldamento?
1. Entra calore dall'ambiente esterno.
2. Viene espulso del calore con i gas di scarico.
3. I gas compiono lavoro sull'esterno.
4. Il pistone compie lavoro sui gas all'interno.
5. Il riscaldamento è provocato dall'attrito tra pressione e cilindro.
Si consideri una trasformazione adiabatica reversibile di un sistema costituito da una certa quantità di gas perfetto.

Quale delle seguenti affermazioni è falsa?
1. Non c'è flusso di calore dall'esterno del sistema, né verso l'esterno
2. L'entropia dello stato iniziale è uguale a quella dello stato finale.
3. La variazione di energia interna del gas è pari a - l'integrale di P dV
4. Il lavoro meccanico fatto dal gas è dato dall'integrale di P dV
5. La temperatura del gas rimane costante.
La potenza meccanica sviluppata dal motore di un'automobile che viaggia alla velocità v = 100 km/h è P = 45 kW. IL rendimento del motore è η = 40% e il potere calorico del carburante è q = 42 MJ/L.

Il consumo, convenzionalmente espresso in litri/100 km, è:
1. 2.4
2. 2.7
3. 9.6
4. 10
5. 15
In uno scaldacqua a gas, l'acqua entra alla temperatura di 14°C ed esce alla temperatura di 33°C. In un certo intervallo di tempo circolano 9.8 L d'acqua e vengono bruciati 27 L di gas. L'azienda fornitrice del gas indica che il potere calorico del gas è di 37.44 MJ m^-3.

Il rendimento dello scaldacqua è:
1. 45%
2. 62%
3. 70%
4. 77%
5. 83%
Un gas perfetto alla temperatura T₁ e pressione p₁ si trova in una parte di un recipiente termicamente isolante, separato dall'altra parte del recipiente, inizialmente vuota, da un setto divisorio rigido. Il setto divisorio viene improvvisamente rimosso, ed il gas può espandersi liberamente, occupando l'intero recipiente. Siano T₂ e p₂ la temperatura e la pressione ad equilibrio raggiunto.

Si ha allora:
1. T₂ < T₁ e p₂ < p₁
2. T₂ < T₁ e p₂ = p₁
3. T₂ = T₁ e p₂ < p₁
4. T₂ = T₁ e p₂ = p₁
5. T₂ > T₁ e p₂ < p₁

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