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Esercizi sul secondo principio della termodinamica

Esercizi online e gratuiti sul secondo principio della termodinamica

Vengono di seguito proposti alcuni esercizi sul secondo principio della termodinamica.

La raccolta degli esercizi sul secondo principio della termodinamica di seguito proposta è rivolta sia agli studenti universitari delle facoltà scientifiche che agli studenti di licei ed istituti tecnici.

Prima di affrontare gli esercizi sul secondo principio della termodinamica facciamo una brevissima introduzione all'argomento macchine termiche, rendimento e secondo principio della termodinamica.

Considereremo dunque trasformazioni cicliche per cui detti:

Lciclo il lavoro prodotto da una macchina termica

Qassorbito il calore assorbito

Qceduto il calore perso

si ha che

Lciclo = Qassorbito - Qceduto

Si definisce il rendimento di una macchina:

r = lavoro eseguito / calore assorbito

ovvero

r = Lciclo / Qa = (Qa - Qc) / Qa = 1 - (Qc / Qa)

L'enunciato del secondo principio della termodinamica nella versione di Kelvin è:

non è possibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia la conversione in lavoro del calore sottratto a una sola sorgente.

La macchina termica col rendimento più alto è detta macchina di Carnot e il rendimento per essa vale:

r = 1 - Tf / Tc

con Tf e Tc temperature rispettivamente della sorgente fredda e di quella calda misurate in gradi Kelvin.

Ti mettiamo inoltre disposizione una calcolatrice online e gratuita utile per svolgere i calcoli degli esercizi: calcolatrice scientifica.

Esercizi sul secondo principio della termodinamica

Di seguito gli esercizi sul secondo principio della termodinamica elencati secondo un ordine crescente di difficoltà.

Livello di difficoltà medio-basso

1.

Calcolare il rendimento di una macchina ideale di Carnot che lavora tra due sorgenti che si trovano alla temperatura di ebollizione e di fusione dell'acqua.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: rendimento di una macchina ideale di Carnot.

2.

Una macchina termica cede calore ad una sorgente fredda costituita da una massa d'acqua di 200 Kg che si riscalda da 20°C a 32°C, erogando una potenza pari a 3,40 kW in un'ora.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: rendimento di una macchina termica.

Livello di difficoltà medio-alto

3.

Una mole di gas perfetto biatomico compie il ciclo termodinamico riportato in figura in cui AB è una trasformazione isobara, BC una trasformazione isoterma e CA una trasformazione isocora.

97

Calcolare il rendimento del ciclo.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: rendimento di un ciclo termdinamico.

4.

Una macchina termica lavora tra le temperature di 300°C e 30°C sviluppa una potenza di 7,35 kW.

Sapendo che il suo rendimento è del 25% rispetto a quello di una macchina ideale di Carnot che lavora tra le stesse temperature estreme, calcolare la quantità di calore assorbita dalla macchina nell'unità di tempo.

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: quantità di calore assorbita da una macchina termica.

5.

Un ciclo frigorifero è progettato per assorbire calore da una sorgente esterna che si trova a 273 K e riscaldare un ambiente interno che si trova a una temperatura di 298 K.

Quanti kWh di calore verrebbero forniti dalla macchina all'ambiente per ogni kWh di energia elettrica necessario a far funzionare il refrigeratore?

Lo svolgimento dell'esercizio lo trovi qui: esercizio sul ciclo frigorifero.

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