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Home Chimica

Energia interna: esercizi svolti

di Chimicamo
3 Luglio 2021
in Chimica, Chimica Fisica, Termodinamica
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Energia interna: esercizi svolti- chimicamo

Energia interna: esercizi svolti- chimicamo

La formulazione matematica del Primo Principio della termodinamica applicabile alle trasformazioni aperte è  ΔU = q – w  in cui U  rappresenta  l'energia interna del sistema, q il calore e w il lavoro.

Secondo tale principio, detto principio della conservazione dell'energia, l'energia può essere convertita da una forma in un'altra ma non può essere né creata né distrutta. Prima di passare a svolgere qualche esercizio è indispensabile parlare della convenzione dei segni.

Convenzione dei segni

Le convenzioni dei segni di calore e lavoro hanno origini storiche e sono state adottate sulla base del funzionamento delle macchine termiche in cui normalmente entra calore che viene convertito in lavoro e aumento dell'energia interna. Secondo tale convenzione i flussi di calore e di lavoro hanno segni opposti e, in particolare, risulta:

calore che entra nel sistema dall'esterno q > 0

lavoro che  è eseguito dal sistema sull'esterno w > 0

Esercizi

1)      Si supponga che a un sistema vengano forniti 40.00 J sotto forma di calore e che tale sistema fornisca un lavoro di 10.00 J; successivamente il sistema fornisce 25.00 J sotto forma di calore mentre un lavoro di 4.00 J viene fatto su di esso. Si calcoli la variazione di energia interna.

Per risolvere un tale tipo di esercizio possiamo adottare due strategie diverse:

a)

Il calore dato al sistema meno il calore fornito dallo stesso dà il calore netto trasferito al sistema:

Q = 40.00 J – 25.00 J = 15.00 J

Analogamente il lavoro totale è dato da quello fatto sul sistema meno quello fatto dal sistema:

W = 10.00 J – 4.00 J = 6.00 J

ADVERTISEMENTS

La variazione di energia interna ΔU = q – w   è data quindi da:

ΔU = 15.00 J – 6.00 = 9.00 J

b)

Allo stesso risultato si può pervenire considerando le due fasi successive e calcolando separatamente ΔU1 e ΔU2 e poi sommandole:

1° fase.

Sono  forniti 40.00 J e il sistema ha fatto un lavoro di 10.00 J quindi la variazione di energia interna ΔU1 = q1 – w1  = 40.00 J – 10.00 J = 30.00 J

2° fase

E'  fatto un lavoro di 4.00 J sul sistema ha ed esso ha fornito 25.00 J sotto forma di calore quindi la variazione di energia interna ΔU2 = q2 – w2  = – 25.00 J – (- 4.00 J)= – 21.00 J

LEGGI ANCHE   Efflorescenza

ΔU = ΔU1 + ΔU2 = 30.00 J – 21.00 = 9.00 J

2)      Calcolare la variazione di energia interna se un motore compie un lavoro di 2000 J e rilascia 3000 J sotto forma di calore

Il motore, facendo un lavoro di 2000 J, subisce una diminuzione di energia interna di 2000 J ed inoltre rilasciando 3000 J sotto forma di energia subisce un ulteriore decremento di energia interna di 3000 J pertanto ΔU = q – w  = – 3000 J – 2000 J = – 5000 J

3)      Calcolare la variazione di energia interna se un sistema assorbe 3000 J dall'ambiente sotto forma di calore e compie un lavoro di 2000 J

In questo caso sono assorbiti 3000 J e rilasciati 2000 J pertanto ΔU = q – w  = = 3000 J – 2000 J = 1000 J quindi l'energia interna del sistema è aumentata di 1000 J

4)      Calcolare la variazione di energia interna se un sistema assorbe 3000 J dall'ambiente sotto forma di calore e su di esso viene compiuto un lavoro di 4000 J

In questo caso nel sistema fluiscono 2 forme di energia, una sotto forma di calore e l'altra sotto forma di lavoro quindi l'energia interna aumenta di 3000 J + 4000 J = 7000 J

Usando l'equazione ΔU = q – w  si ha ΔU = 3000 J – (- 4000 J)= 7000 J

5)      Calcolare la variazione di energia interna se un sistema assorbe 1600 J dall'ambiente sotto forma di calore e compie un lavoro di 2300 J

In questo caso q è positivo perché il calore entra nel sistema dall'esterno e w è anch'esso positivo in quanto è eseguito dal sistema sull'esterno. Usando l'equazione ΔU = q – w  si ha:

ΔU = + 1600 J – ( + 2300 J) = – 700 J

Quindi l'energia interna del sistema diminuisce di 700 J

6)      Calcolare la variazione di energia interna se un sistema assorbe 1600 J dall'ambiente sotto forma di calore su di esso si compie un lavoro di 2300 J

In questo caso w è negativo in quanto eseguito dall'esterno sul sistema mentre q è positivo perché il calore entra nel sistema quindi usando l'equazione ΔU = q – w  si ha:

ΔU = q – w  = 1600 J – (-2300 J) =  3900 J

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Tags: caloreenergia internalavoroPrimo Principio della termodinamica

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Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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