Impara ad applicare la prima legge della termodinamica in diverse situazioni, risolvi esercizi e metti alla prova le tue conoscenze con esercizi risolti e spiegati.
domanda 1
La prima legge della termodinamica afferma che:
a) L'energia non può essere creata o distrutta, ma può essere convertita da una forma all'altra.
b) L'energia si conserva sempre, ma non può essere convertita da una forma all'altra.
c) L'energia può essere creata o distrutta, ma non può essere convertita da una forma all'altra.
d) L'energia non può essere conservata, ma può essere convertita da una forma all'altra.
La prima legge della termodinamica è il principio di conservazione dell'energia, quindi in un sistema chiuso, la quantità di energia rimane costante e può essere trasformata solo da una forma all'altra. altro.
Domanda 2
Assumi un sistema chiuso che riceve 100 J di calore mentre compie 50 J di lavoro. Qual è la variazione di energia interna del sistema?
a) -50 J
b) 0J
c) 50 J
d) 100 J
e) 150 J
Controllo dei segni:
Il calore ricevuto è positivo Q ＞ 0.
Il lavoro svolto è positivo W ＞ 0.
Per la prima legge abbiamo:
Domanda 3
Un sistema a gas ideale scambia 500 joule di calore con l'ambiente esterno. Supponendo che questo processo sia un raffreddamento isometrico, determinare rispettivamente il lavoro e l'energia interna.
a) 500 J e 0 J
b) - 500 e 0 J
c) 0 J e 500 J
d) 0 J e - 500 J
e) -500 J e 500 J
Poiché il processo è isometrico, non c'è variazione di volume, quindi il lavoro è zero.
Secondo la prima legge della termodinamica:
Trattandosi di un raffreddamento, il sistema perde calore, quindi:
domanda 4
8 moli di un gas ideale in un sistema pistone-cilindro vengono compresse compiendo 1000 J di lavoro. Durante il processo, 400 J di calore vengono persi nell'ambiente esterno. La sua energia interna e la variazione della sua temperatura sono rispettivamente uguali a
Dato: R = 8,31 J/mol. K
a) - 1400 J e variazione approssimativa di 6 K
b) 600 J e variazione approssimativa di 6 K
c) 600 J e variazione approssimativa di 14 K
d) - 1400 J e variazione approssimativa di 14 K
Energia interna
Man mano che il sistema riceve lavoro, il suo segno è negativo, così come il calore, che in questo processo si perde.
La prima legge della termodinamica è:
Sostituendo i valori otteniamo:
R = 8,31 J/mol K
Temperatura
Per la legge di Joule abbiamo:
domanda 5
Un gas perfetto subisce una compressione compiendo un lavoro di 500 J. Alla fine di questa trasformazione, l'energia interna del sistema è cambiata di 200 J in meno rispetto all'inizio. La quantità di calore scambiata dal gas era
a) - 700 J
b) - 300 J
c) 300 J
d) 0J
e) 700 J
Poiché il lavoro è stato ricevuto, cioè il lavoro resistente, il suo segno è negativo.
Sostituendo i valori nell'equazione della prima legge della termodinamica:
domanda 6
(CEDERJ 2021) In una fase del ciclo eseguito da un gas ideale in un condizionatore, la pressione del gas viene aumentata mantenendo costante il suo volume. In questa fase del ciclo, il lavoro W svolto dal gas, la quantità di calore Q da esso assorbita e la variazione ΔT della sua temperatura sono rispettivamente:
a) W ＜ 0, Q ＜ 0 e ΔT ＜ 0
b) W = 0, Q ＞ 0 e ΔT ＞ 0
c) W = 0, Q = 0 e ΔT = 0
d) W ＞ 0, Q ＞ 0 e ΔT ＞ 0
Dati:
La pressione P aumenta;
Il volume rimane costante;
Lavoro
Poiché il volume è costante, il lavoro W è uguale a zero.
La prima legge della termodinamica recita così:
Poiché il calore è positivo, anche la variazione dell'energia interna sarà positiva.
Calore
Poiché il calore viene assorbito, è positivo.
Temperatura
Per la legge sul gas:
Dove,
n è il numero di moli
R è la costante universale dei gas
Pertanto, la temperatura dipende solo dalla pressione, poiché il volume è costante, essendo positivo.
domanda 7
(UNICENTRO 2018) Secondo la Prima Legge della Termodinamica, la variazione dell'energia interna di un sistema, ΔU, è dato dalla differenza tra il calore scambiato con l'ambiente esterno, Q, e il lavoro, W, compiuto nel processo Termodinamico. Considerando queste informazioni, se un gas monoatomico si espande in modo da rimanere sempre alla stessa temperatura, questa trasformazione può essere rappresentata dall'equazione
a) ΔU + W = 0
b) ΔU − W =0
c) Q-W = 0
d) Q + ΔU = 0
Il processo isotermico avviene senza variazione di temperatura.
L'energia è legata alla temperatura da:
Dove n è il numero di moli e R è la costante universale dei gas. Poiché n e R sono costanti, c'è solo variazione di temperatura, e
La prima legge della termodinamica recita così:
domanda 8
(URCA 2016) Secondo la prima legge della termodinamica se, durante un processo isotermo subito da un gas ideale di massa fissa, il gas libera una quantità di calore la cui grandezza è 50 cal allora la variazione di energia interna e il lavoro svolto dal gas in questo processo sono, rispettivamente:
a) 0 e 50 cal.
b) 50 cal e 0.
c) 0 e 0.
d) 50 cal e -50 cal.
e) 0 e -50 cal.
La variazione di energia interna è direttamente correlata alla variazione di temperatura. Poiché il processo è isotermico, non vi è alcun cambiamento di temperatura, quindi .
Dalla prima legge della termodinamica:
Poiché il calore viene rilasciato, il suo segno è negativo.
domanda 9
(UFRN 2012) La biomassa è una delle principali fonti di energia rinnovabile e, pertanto, le macchine che la utilizzano come combustibile per la generazione di energia sono importanti dal punto di vista ambientale. Un esempio molto comune è l'uso della biomassa per azionare una turbina a vapore per generare lavoro. La figura a lato mostra schematicamente una centrale termoelettrica semplificata.
In questa centrale termoelettrica, la combustione della biomassa nel forno produce calore, che riscalda l'acqua nella caldaia e genera vapore ad alta pressione. Il vapore, a sua volta, viene condotto attraverso dei tubi alla turbina che, sotto la sua azione, mette in moto le sue pale.
Si supponga che le perdite di calore dovute alle differenze di temperatura tra le parti di questo motore termico e l'ambiente siano trascurabili. In questo contesto, la variazione dell'energia interna dell'acqua di caldaia
a) è maggiore della somma del calore fornitogli dalla combustione della biomassa e del lavoro svolto sulla turbina.
b) è pari alla somma del calore fornitogli dalla combustione della biomassa con il lavoro svolto sulla turbina.
c) è pari alla differenza tra il calore fornitogli dalla combustione della biomassa e il lavoro svolto sulla turbina.
d) è maggiore della differenza tra il calore fornitogli dalla combustione della biomassa e il lavoro svolto sulla turbina.
L'acqua nella caldaia riceve energia sotto forma di calore dalla combustione del combustibile e rilascia energia sotto forma di lavoro svolto sulla turbina.
domanda 10
(UECE 2021) Per quanto riguarda le proprietà dei gas, prestare attenzione alle seguenti affermazioni:
io. Per un gas ideale, l'energia interna è funzione solo della pressione.
II. Il calore assorbito da un gas quando cambia il suo stato è indipendente dal processo.
III. L'energia interna di un gas ideale è funzione solo della temperatura ed è indipendente dal processo.
IV. In un'espansione isotermica di un gas ideale, il lavoro svolto da esso è uguale al calore assorbito.
È corretto quanto affermato solo in
a) I e II.
b) III e IV.
c) I e IV.
d) II e III.
III. CORRETTO. L'energia interna di un gas ideale è funzione solo della temperatura ed è indipendente dal processo.
La variazione di energia interna è direttamente correlata alla variazione di temperatura.
Dove n è il numero di moli e R è la costante del gas ideale, essendo costanti solo la temperatura determina l'energia interna del gas.
IV. CORRETTO. In un'espansione isotermica di un gas ideale, il lavoro svolto da esso è uguale al calore assorbito.
Poiché è isotermico, non vi è alcun cambiamento di temperatura, quindi il cambiamento di energia interna è zero. Per la prima legge della termodinamica:
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AST, Raffaele. Esercizi sulla prima legge della termodinamica.Tutta la materia, [nd]. Disponibile in: https://www.todamateria.com.br/exercicios-da-primeira-lei-da-termodinamica/. Accedi a:
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