Foro in un pallone da calcio: fuoriuscita dell'aria
Un pallone da calcio è racchiuso in un cilindro vuoto e termicamente isolato. Da un foro accidentale l'aria, inizialmente racchiusa nel pallone, fuoriesce e si espande fino ad occupare l'intero volume a disposizione. La temperatura dell'aria è cambiata durante il processo di sgonfiamento?
A) No, perchè la sua energia interna non è stata modificata da processi esterni
B) Sì, perchè il suo volume è cambiato nell'espansione
C) Sì, perchè la sua pressione è diminuita nell'espansione
D) No, perchè non c'è stato scambio di calore con l'esterno
E) No, perchè non c'è stato scambio di lavoro con l'esterno
La risposta corretta è la A.
1. Non può essere corretta anche la D?
2. Nel caso il cilindro non fosse stato termicamente isolato, la B e la C sarebbero potute essere corrette?
A) No, perchè la sua energia interna non è stata modificata da processi esterni
B) Sì, perchè il suo volume è cambiato nell'espansione
C) Sì, perchè la sua pressione è diminuita nell'espansione
D) No, perchè non c'è stato scambio di calore con l'esterno
E) No, perchè non c'è stato scambio di lavoro con l'esterno
La risposta corretta è la A.
1. Non può essere corretta anche la D?
2. Nel caso il cilindro non fosse stato termicamente isolato, la B e la C sarebbero potute essere corrette?
Risposte
Quello descritto è un tipico caso di espansione libera, una trasformazione irreverisibile compiuta da un sistema che non scambia con l'ambiente ne calore (termicamente isolato) ne lavoro (pareti rigide); ciò significa, per il primo principio, che l'energia interna del sistema non varia.
Nell'approssimazione del gas perfetto, l'energia interna è funzione della sola temperatura (l'unico tipo di energia che possiedono le particelle è cinetica), quindi la risposta corretta è la A.
La D non è corretta perchè, come detto sopra, lo scambio di calore non è l'unico modo per variare la tempertura; considera semplicemente un'adiabatica.
Se il cilindro non fosse termicamente isolato penso che semplicemente scambierebbe calore con l'ambiente per raggiungere l'equilibrio termico.
(edit)P.S. Nei contorni del sistema racchiudiamo anche il pallone , che si guarda bene dall'essere un gas perfetto, dato che le particelle che lo compongono hanno porzioni di energia cinetica e soprattutto potenziale, quindi l'energia interna del sistema non è funzione solo della temperatura, e se la prima rimane costante per il primo principio la seconda sicuramente varia nel caso reale.
Nell'approssimazione del gas perfetto, l'energia interna è funzione della sola temperatura (l'unico tipo di energia che possiedono le particelle è cinetica), quindi la risposta corretta è la A.
La D non è corretta perchè, come detto sopra, lo scambio di calore non è l'unico modo per variare la tempertura; considera semplicemente un'adiabatica.
Se il cilindro non fosse termicamente isolato penso che semplicemente scambierebbe calore con l'ambiente per raggiungere l'equilibrio termico.
(edit)P.S. Nei contorni del sistema racchiudiamo anche il pallone , che si guarda bene dall'essere un gas perfetto, dato che le particelle che lo compongono hanno porzioni di energia cinetica e soprattutto potenziale, quindi l'energia interna del sistema non è funzione solo della temperatura, e se la prima rimane costante per il primo principio la seconda sicuramente varia nel caso reale.
In questi casi devo sempre tener conto dell'approssimazione a gas perfetto?
Direi di sì, però penso sia interessante e utile farsi sempre qualche domanda in più
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