Versione italiana
Esercizi su Calore, Lavoro ed Energia Interna
In termodinamica, il calore, il lavoro e l'energia interna sono concetti fondamentali che descrivono le interazioni energetiche nei sistemi.
Concetti Fondamentali
- Calore (Q): È l'energia trasferita tra un sistema e l'ambiente a causa di una differenza di temperatura.
- Lavoro (W): È l'energia trasferita quando una forza agisce su un corpo e lo sposta.
- Energia Interna (U): È l'energia totale contenuta all'interno di un sistema, che include l'energia cinetica e potenziale delle particelle.
La prima legge della termodinamica è espressa dalla seguente equazione:
\Delta U = Q - W
dove:
- \Delta U = variazione dell'energia interna
- Q = calore assorbito dal sistema
- W = lavoro fatto dal sistema
Esercizio 1: Calcolo della Variazione di Energia Interna
Problema: Un sistema assorbe 500 J di calore e compie 200 J di lavoro. Qual è la variazione dell'energia interna del sistema?
Soluzione:
-
Identifica i dati:
- Q = 500 \, \text{J}
- W = 200 \, \text{J}
-
Applica la prima legge della termodinamica:
\Delta U = Q - W
-
Calcola:
\Delta U = 500 - 200 = 300 \, \text{J}
Quindi, la variazione dell'energia interna del sistema è 300 J.
Esercizio 2: Lavoro e Calore
Problema: Un gas ideale in un cilindro espande facendo lavoro di 150 J sull'ambiente e assorbe 100 J di calore. Qual è la variazione dell'energia interna del gas?
Soluzione:
-
Identifica i dati:
- Q = 100 \, \text{J}
- W = 150 \, \text{J}
-
Applica la prima legge della termodinamica:
\Delta U = Q - W
-
Calcola:
\Delta U = 100 - 150 = -50 \, \text{J}
Quindi, la variazione dell'energia interna del gas è -50 J (indicando una diminuzione).
Esercizio 3: Calore e Variazione di Energia Interna
Problema: Un sistema perde 300 J di calore e compie 100 J di lavoro. Qual è la variazione dell'energia interna del sistema?
Soluzione:
-
Identifica i dati:
- Q = -300 \, \text{J} (perdita di calore)
- W = 100 \, \text{J}
-
Applica la prima legge della termodinamica:
\Delta U = Q - W
-
Calcola:
\Delta U = -300 - 100 = -400 \, \text{J}
Quindi, la variazione dell'energia interna del sistema è -400 J.
Esercizio 4: Calcolo del Lavoro
Problema: Un sistema assorbe 250 J di calore e la sua energia interna aumenta di 100 J. Qual è il lavoro fatto dal sistema?
Soluzione:
-
Identifica i dati:
- Q = 250 \, \text{J}
- \Delta U = 100 \, \text{J}
-
Applica la prima legge della termodinamica:
\Delta U = Q - W \implies W = Q - \Delta U
-
Calcola:
W = 250 - 100 = 150 \, \text{J}
Quindi, il lavoro fatto dal sistema è 150 J.
English version
Exercises on Heat, Work and Internal Energy
In thermodynamics, heat, work and internal energy are fundamental concepts that describe the energy interactions in systems.
Fundamental Concepts
- Heat (Q): It is the energy transferred between a system and the environment due to a temperature difference.
- Work (W): It is the energy transferred when a force acts on a body and moves it.
- Internal Energy (U): It is the total energy contained within a system, which includes the kinetic and potential energy of the particles.
The first law of thermodynamics is expressed by the following equation:
\Delta U = Q - W
where:
- \Delta U = change in internal energy
- Q = heat absorbed by the system
- W = work done by the system
Exercise 1: Calculating the Change in Internal Energy
Problem: A system absorbs 500 J of heat and does 200 J of work. What is the change in internal energy of the system?
Solution:
- Identify the data:
- Q = 500 \, \text{J}
- W = 200 \, \text{J}
- Apply the first law of thermodynamics:
\Delta U = Q - W
- Calculate:
\Delta U = 500 - 200 = 300 \, \text{J}
Therefore, the change in internal energy of the system is 300 J.
Exercise 2: Work and Heat
Problem: An ideal gas in a cylinder expands doing 150 J of work on the environment and absorbs 100 J of heat. What is the change in internal energy of the gas?
Solution:
- Identify the data:
- Q = 100 \, \text{J}
- W = 150 \, \text{J}
- Apply the first law of thermodynamics:
\Delta U = Q - W
- Calculate:
\Delta U = 100 - 150 = -50 \, \text{J}
Therefore, the change in internal energy of the gas is -50 J (indicating a decrease).
Exercise 3: Heat and Change in Internal Energy
Problem: A system loses 300 J of heat and does 100 J of work. What is the change in internal energy of the system?
Solution:
- Identify the data:
- Q = -300 \, \text{J} (heat loss)
- W = 100 \, \text{J}
- Apply the first law of thermodynamics:
\Delta U = Q - W
- Calculate:
\Delta U = -300 - 100 = -400 \, \text{J}
Therefore, the change in internal energy of the system is -400 J.
Exercise 4: Calculating Work
Problem: A system absorbs 250 J of heat and its internal energy increases by 100 J. What is the work done by the system?
Solution:
- Identify the data:
- Q = 250 \, \text{J}
- \Delta U = 100 \, \text{J}
- Apply the first law of thermodynamics:
\Delta U = Q - W \implies W = Q - \Delta U
- Calculate:
W = 250 - 100 = 150 \, \text{J}
So, the work done by the system is 150 J.
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