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[Risolto] esercizio fisica termodinamica

  

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Una mole di un gas perfetto monoatomico $\left(c_v=3 R / 2\right)$ si trova inizialmente nello stato di equilibrio A alla temperatura di $100 \mathrm{~K}$ e alla pressione di $100 \mathrm{~Pa}$. Il gas raddoppia il suo volume e pressione dopo aver compiuto una trasformazione reversibile adiabatica raggiungendo un nuovo stato di equilibrio $\mathrm{B}$. Sapendo che la costante universale dei gas perfetti è $R=8.314 \mathrm{~J} \mathrm{~mol}^{-1} \mathrm{~K}^{-1}$, calcolare (esplicitandone il segno):
(a) Il calore scambiato dal gas nella trasformazione da A a B. RISPOSTA [3pt]: $Q_{A B}=0.0 \mathrm{~J}$
(b) La variazione di energia interna del gas nella trasformazione da A a B. RISPOSTA [3pt]: $\Delta U_{A B}=3741.3 \mathrm{~J}$
(c) II lavoro compiuto dal gas nella trasformazione da A a B. RISPOSTA [3pt]: $L_{\mathrm{AB}}=-3741.3 \mathrm{~J}$

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In un processo adiabatico, per un gas perfetto monoatomico, il calore scambiato è

\[Q_{AB} = 0 \quad\]

In quanto non vi sono trasferimenti energetici sottoforma di calore.

In un processo adiabatico, la differenza di energia interna è calcolabile come

\[\Delta U = nC_v \Delta T \:\Bigg|_{\substack{n = 1}}\]

tale che

\[T_A V^{\gamma - 1}_A = T_B V^{\gamma - 1}_B \mid \gamma = \frac{5}{3} \quad \text{per gas monoatomici}\]

\[\Delta T = T_B + T_A = \frac{T_A}{2^{2/3}} - 100\:K = 63,1\:K - 100\:K = -36,9\:K \implies\]

\[\Delta U = \frac{3}{2} \cdot 8,314 \cdot (-36,9) \approx - 3741,3\:J\,.\]

Per un processo adiabatico, il lavoro del gas è

\[L_{AB} = - \Delta U = 3741,3\:J\,.\]

@enrico_bufacchi 👍👌👍



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