Esercizi sulla trasformazione isoterma

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In questa pagina troverete una raccolta di esercizi dedicati alla trasformazione isoterma, un tipo fondamentale di trasformazione termodinamica. Una trasformazione isoterma è una trasformazione in cui la temperatura del sistema rimane costante durante tutto il processo. Questo significa che, anche se il sistema può subire un cambiamento di volume o di pressione (come nel caso di un gas che si espande o si comprime), la sua temperatura non varia.

Come vedremo, ciò implica che la variazione di energia interna del sistema è uguale a zero durante la trasformazione isoterma. Per eseguire una trasformazione isoterma, è necessario mantenere il sistema in contatto termico con una sorgente di calore o di raffreddamento in modo tale che la temperatura rimanga costante.

Questa raccolta è pensata per studenti di scuole superiori e appassionati di scienze fisiche che desiderano approfondire le proprie conoscenze e migliorare le proprie capacità di problem-solving. Speriamo che vi sia utile nel vostro percorso di studio e vi fornisca una solida base per affrontare con sicurezza le sfide poste dalla termodinamica. Buono studio!

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Esercizi svolti


1

Sul lavoro di una trasformazione isoterma

Un gas perfetto biatomico cede Q = 3800 \ J di calore a temperatura costante.

  • Calcola il lavoro compiuto dal gas

[\mathcal L = - 3800 \ J]


2

Sul calcolo delle moli di un gas perfetto monoatomico

Un gas perfetto monoatomico a contatto con un serbatoio a temperatura costante T = 10 \ K subisce una compressione isoterma cedendo Q = 1600 \ J di calore. Se dopo la compressione il volume finale del gas è diventato tre volte più piccolo rispetto al volume iniziale.

  • Calcola il numero di moli n

[n = 18]


3

Sul calcolo della temperatura di un gas perfetto monoatomico

Due moli di gas perfetto monoatomico a contatto con un serbatoio a temperatura costante subisce un’espansione isoterma assorbendo Q = 870 \ J. Se dopo l’espansione il volume finale del gas è diventato il doppio rispetto al volume iniziale.

  • Calcola la temperatura del gas T

[T = 76 \ K]


4

Sul calcolo del volume di un gas perfetto monoatomico

Una mole di gas perfetto monoatomico a contatto con un serbatoio a temperatura costante T = 25 \ K subisce un’espansione isoterma assorbendo Q = 870 \ J. Se il volume iniziale è V_i = 0,7 \ m^3

  • calcola il volume finale V_f

[V_f = 46 \ m^3]


5

Sul calcolo del calore dal piano di Clapeyron

Una mole di gas perfetto monoatomico subisce una trasformazione isoterma che porta il gas dallo stato A allo stato B. Il gas è a contatto con una sorgente di calore a temperatura costante T = 100 \ K

trasformazione isoterma gas perfetto
  • La trasformazione è una compressione o un’espansione isoterma?
  • Calcola il calore Q scambiato durante la trasformazione
  • Il calore è assorbito o ceduto dal gas?

[Compressione isoterma; Q = -543 \ J; Ceduto]


6

Sul calcolo della temperatura dal piano di Clapeyron

Due moli di gas perfetto monoatomico compiono l’espansione isoterma mostrata in figura:

trasformazione isoterma nel piano di clapeyron
  • Calcola la temperatura nello stato A e nello stato B

[T_A = T_B = 150 \ K]


7

Sul calcolo della pressione dal piano di Clapeyron

Una mole di gas perfetto monoatomico a contatto con una sorgente di calore a temperatura costante compie l’espansione isoterma mostrata in figura. Se la quantità di calore assorbito è pari a Q = 5300 \ J

trasformazione isoterma gas perfetto
  • Calcola la pressione nello stato A e nello stato B

[P_A = 6,9 \ kPa; P_B = 4,2 \ kPa]


8

Sulle unità di misura in una trasformazione isoterma

Due moli di gas perfetto monoatomico si trovano ad una pressione iniziale P_A = 2,0 \ atm. Dopo essere stato messo a contatto con una sorgente di calore a temperatura costante il gas assorbe una quantità di calore pari a Q = 1900 \ cal. Se il volume finale V_{B} raddoppia rispetto al volume iniziale V_A

  • Calcola la temperatura della sorgente di calore
  • Calcola V_A, V_{B} e P_B

[T = 6,9 \cdot 10^2 \ K; V_A = 5,7 \cdot 10^{-2} \ m^3; V_B = 0,1 \ m^3; P_B = 1,1 \cdot 10^5 \ Pa]


9

Sulla trasformazione isoterma ed il calore latente

n = 20 moli di gas perfetto monoatomico subiscono una compressione isoterma dopo che il gas è stato posto a contatto termico con una sorgente di calore formata da m = 1,2 \ kg di ghiaccio fondente a temperatura T = 273 \ K. Se il volume iniziale del gas è V_A = 4,3 \ m^3

  • Calcola il volume finale V_{B} dopo che tutto il ghiaccio si è fuso

[Suggerimento: Il calore latente di fusione del ghiaccio è \lambda = 333,5 \ kJ/kg]

[V_B = 6,4 \cdot 10^{-4} \ m^3]


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