TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 Termodinámica

TRABAJO PRÁCTICO Nº 5
Termodinámica
I - Preguntas de repaso:
1) ¿Qué relación existe entre la conservación de la energía y la primera ley de la
termodinámica?
2) ¿Qué le ocurre a la energía interna de un sistema cuando se realiza trabajo sobre él? ¿Qué
le ocurre a su temperatura?
3) ¿Qué relación existe entre el calor suministrado a un sistema y la energía interna y el
trabajo externo realizado por el sistema?
4) Si se realiza trabajo sobre un sistema, ¿aumenta o disminuye la energía interna del
mismo?
5) Si un sistema realiza trabajo sobre el medio, ¿aumenta o disminuye la energía interna del
mismo?
6) ¿Cuál es la condición necesaria para que un proceso sea adiabático?
7) ¿Qué le sucede a la temperatura del aire cuando éste sufre una compresión adiabática?
¿Y cuando se expande adiabáticamente?
8) ¿Qué la sucede, en general, a la temperatura del aire que asciende? ¿Y a la temperatura
del aire que desciende?
9) ¿Qué relación existe entre la segunda ley de la termodinámica y el sentido del flujo del
calor?
10) ¿Qué es la contaminación térmica?
11) Si se pudiese eliminar toda la fricción de una máquina térmica, ¿tendría una eficiencia del
100%?
II - Cuestiones:
1) Cuando inflas un neumático con un inflador para bicicleta, el cilindro del inflador se calienta.
Señala dos razones por las cuales ocurre esto.
2) ¿Es posible transformar totalmente una cantidad determinada de calor en energía
mecánica? ¿Es posible transformar totalmente una cantidad determinada de energía
mecánica en calor? Cita ejemplos en cada caso.
3) Sabemos que el aire caliente asciende, así que podría pensarse que la temperatura del
aire debería ser más alta en la cima de una montaña que más abajo. Pero en general
ocurre lo contrario. ¿Por qué?
4) Si quitas el silenciador del motor de un auto, ¿aumenta, disminuye o permanece constante
la eficiencia del motor? ¿Y si conduces el auto en un día muy frío?
5) La suma de las energías cinéticas de las moléculas de un recipiente muy grande de agua
fría es mayor que la suma de las energías cinéticas moleculares de una taza de té caliente.
Imagina que sumerges parcialmente la taza de té en el agua fría y que el té absorbe 10
joules de energía del agua y se calienta, mientras que el agua cede 10 joules de energía y
se enfría. ¿Violaría esta transferencia de energía la primera ley de la termodinámica? ¿Y la
segunda?
6) Una mezcla de combustible y aire se quema rápidamente en un motor de combustión para
empujar un pistón del motor, el cual impulsa a su vez el vehículo. En un motor a reacción
se quema rápidamente una mezcla de combustible y aire, la cual, en vez de empujar
pistones, empuja al avión mismo. En tu opinión, ¿cuál motor es más eficiente?
7) Supón que deseas enfriar una cocina y abres la puerta del refrigerador, y cierras la puerta y
las ventanas de la cocina. ¿Qué le ocurrirá a la temperatura del cuarto?
8) Cuando se suelta un globo inflado con algún gas liviano, comienza a ascender. Al tomar
altura, el globo va pasando por lugares que cada vez tienen menor temperatura y presión.
¿Qué ocurrirá con la energía interna del gas durante el ascenso?
9) Un jugador de fútbol patea la pelota a ras del piso y esta se detiene después de recorrer
unos 20 m. La energía mecánica que tenía la pelota se fue transformando en energía
interna del césped y del aire. ¿Por qué no es posible que el césped y el aire disminuyan su
energía interna, de tal manera que transferida a la pelota la pongan en movimiento y la
hagan retornar a los pies del jugador con la misma energía mecánica con la que partió?
III - Problemas:
1) Al acercar un globo inflado con aire a una estufa, recibe calor por valor de 100 J y se dilata,
por lo que entrega al medio exterior 15 J de trabajo. ¿Cuál es la variación de su energía
interna? Si luego se lo aleja de la estufa de tal manera que vuelva a su estado inicial, ¿qué
habrá ocurrido con su energía interna?
2) En cada uno de los siguientes casos calcular la variación de la energía interna del sistema,
suponiendo que: a) absorbe 3000 cal y realiza 2510,76 Joules de trabajo; b) absorbe 500
cal y se le aplica un trabajo de 1254 Joules; c) se extraen 2000 cal de un gas a volumen
constante.
3) Una botella de vidrio totalmente llena contiene 1 l de agua a 15 ºC. Se la expone a la
radiación solar hasta que su temperatura es de 20 ºC. Si se desprecia la dilatación del
vidrio, de tal modo que se puede considerar que la transformación es a volumen constante,
¿cuál ha sido la variación de energía interna del agua?
4) Una fuente térmica suministra 500 J en forma de calor a una masa de gas ideal que
evoluciona manteniendo su temperatura constante. a) ¿Cuánto vale la variación de energía
interna? b) ¿Cuál es el valor del trabajo intercambiado por el gas con el medio exterior?
5) Un recipiente rígido y hermético contiene en su interior un gas ideal. Al colocarlo en un
ambiente frío, cede 700 J. a) ¿Cuánto vale el trabajo realizado por el gas? b) ¿Cuánto varió
la energía interna?
6) Un cilindro cerrado por un émbolo contiene 2 l de gas a la presión de 1 atm. Se lo calienta
isobáricamente, y su volumen aumenta hasta 2,5 l. a) ¿Cuál es el trabajo realizado por el
gas? b) Si la presión se mantuviera constante en 4 atm, ¿cuánto valdría el trabajo?
7) Se entregan 10000 cal a un recipiente que contiene 250 g de oxígeno a 1 atm de presión;
el recipiente está provisto de un émbolo, de modo que la evaporación se haga a presión
constante. Un termómetro indica que la temperatura se elevó en 10 ºC. a) ¿Qué trabajo
realizó el gas? b) ¿Qué variación de volumen experimentó el oxígeno?
Formulario
Primer principio: Q = L + U
Transformación Isobárica: L = p.(Vf – Vi )  Q = L + U
Transformación Isocórica: L = 0  Q = U
Transformación Isotérmica: U = 0  Q = L
Transformación adiabática: Q = 0  L = - U
Respuesta a los problemas:
1) U = 85 J U total = 0
2) a) U = 2.400 cal b) U = 200 cal
c) U = - 2000 cal
3) U = 20930 J
4) a) U = 0 b) L = 500 J
5) a) L = 0 b) U = -700 J
6) a) 0,5 l .atm = 50,6 J b) 2 l .atm = 202,4 J
1) a) L = 39.589,095 J b) 390,81 l