Esercizi sul Primo Principio della Termodinamica

In questa pagina troverete una raccolta di esercizi sul primo principio della termodinamica.
Legato al principio di conservazione dell’energia, afferma che l’energia totale di un sistema isolato è costante: l’energia non può essere creata né distrutta, ma può solo trasformarsi da una forma all’altra. In termini più pratici, il primo principio della termodinamica stabilisce che la variazione dell’energia interna di un sistema è uguale alla quantità di energia trasferita al sistema sotto forma di calore meno il lavoro compiuto dal sistema sull’ambiente circostante.

Attraverso questi esercizi, avrete l’opportunità di applicare i concetti teorici appresi e di sviluppare una comprensione più profonda delle leggi che governano i processi termodinamici.
Ogni esercizio è corredato da una soluzione dettagliata che spiega passo dopo passo il metodo di risoluzione, mettendo in evidenza le leggi fisiche e le formule matematiche utilizzate.

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.
Buon lavoro!

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Esercizi sul primo principio della termodinamica

Un gas all’interno di un recipiente dotato di pistone mobile assorbe una quantità di calore pari a e si espande compiendo un lavoro sul pistone pari a

• Calcola la variazione di energia interna

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Un gas all’interno di un recipiente dotato di pistone mobile assorbe una quantità di calore pari a mentre viene compresso spingendo sul pistone, come mostrato in figura subendo un lavoro pari a

• Calcola la variazione di energia interna

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Una mole di gas perfetto monoatomico si espande passando dallo stato allo stato come mostrato nel piano di Clapeyron in figura. Se la variazione di temperatura per andare dallo stato allo stato è

• Calcola il calore scambiato nella trasformazione

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Due moli () di gas perfetto biatomico alla pressione assorbono una quantità di calore pari a passando dallo stato a temperatura allo stato a temperatura tramite una trasformazione isobara. In seguito, il gas si espande dallo stato allo stato tramite un’espansione isoterma in cui assorbe una quantità di calore pari a raddoppiando il suo volume

• Calcola il lavoro totale per passare dallo stato allo stato
• Disegna sul piano di Clapeyron le due trasformazioni indicando le coordinate termodinamiche di tutti e tre gli stati

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Una mole di gas perfetto monoatomico compie il ciclo termodinamico mostrato in figura:

• Calcola il lavoro totale

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Una mole di gas perfetto monoatomico compie il ciclo termodinamico mostrato in figura:

• Calcola il calore totale

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Una mole di gas perfetto monoatomico compie il ciclo termodinamico mostrato in figura. La trasformazione per andare dallo stato allo stato è un’espansione isoterma, mentre la trasformazione per andare dallo stato allo stato è una compressione adiabatica.

• Dimostra che in un ciclo termodinamico

Due moli di gas perfetto biatomico alla temperatura , volume e pressione subiscono un’espansione isoterma fino allo stato tale che . In seguito, il gas subisce una trasformazione isocora fino allo stato in cui per poi tornare allo stato tramite una trasformazione isobara, come mostrato in figura:

• Calcola il calore totale scambiato dal gas

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In figura è mostrato un recipiente adiabatico contenente mole di gas perfetto biatomico (in arancione) alla temperatura ed moli di gas perfetto monoatomico (in verde) alla temperatura . In mezzo è presente una valvola che impedisce ai due gas di miscelarsi.

Se ad un certo istante la valvola viene sollevata i due gas si mescolano, come mostrato in figura, fino a raggiungere l’equilibrio termico:

• Calcola la temperatura finale della miscela dei due gas

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Una mole di un gas perfetto biatomico si trova all’interno di un contenitore adiabatico e chiuso da un pistone mobile di area e massa trascurabile, come mostrato in figura. Sul pistone è poggiato un cubo di massa ed il gas occupa un volume di . Successivamente viene rimosso il cubo ed il gas si espande adiabaticamente fino a raggiungere un volume pari a . Trascurando la pressione atmosferica

• Calcola il lavoro compiuto dal gas

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Considera il ciclo termodinamico mostrato in figura. Inizialmente una mole di gas perfetto monoatomico si trova alla temperatura ed alla pressione . Il gas compie poi un’espansione libera nel vuoto fino a raggiungere lo stato ed in seguito viene compresso adiabaticamente fino a raggiungere lo stato in cui . Infine, il gas torna nello stato tramite una trasformazione isobara. Se il lavoro nella compressione adiabatica per andare dallo stato allo stato è, in modulo, pari a

• Calcola le coordinate termodinamiche degli stati , e

All’interno di un contenitore adiabatico diviso a metà da un pistone mobile è contenuto un gas perfetto monoatomico, come mostrato in figura. Ciascuna metà contiene inizialmente mole di gas perfetto ed il volume iniziale è alla temperatura

Successivamente, il pistone viene spostato fino a quando , come mostrato in figura:

• Calcola il lavoro totale

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