I Ley Termo

Física 101B - Trabajo N° 6 (Trabajo y Primera Ley de la Termodinámica)
Prof. María Lourdes Lezcano.
II Semestre de 2004.
1. Un estudiante quema una mezcla de combustible y
oxígeno en una lata metálica a volumen constante,
rodeada por un baño de agua. Durante el experimento,
la temperatura del agua aumenta. Considere la mezcla
de combustible y oxígeno como el sistema.
a) ¿Se transfirió calor? ¿Hacia dónde?
b) ¿Se realizó trabajo? Explique.
c) ¿El sistema ganó o perdió energía interna?
Explique.
2. Un líquido se agita irregularmente en un recipiente
completamente aislado, aumentando así
su
temperatura. Considere el líquido como el sistema.
a) ¿Se transfirió calor? Explique.
b) ¿Se realizó trabajo? Explique.
c) ¿El sistema ganó o perdió energía interna?
Explique.
3. Un gas en un recipiente está a una presión de 1,5 atm
y a un volumen de 4,0 m3:
a) ¿Cuál es el trabajo realizado cuando el gas se
expande isobáricamente hasta el doble de su volumen
inicial?
b) ¿Cuál es el trabajo realizado cuando el gas se
comprime isobáricamente hasta un cuarto de su
volumen inicial?
c) Si En la expansión isobárica se transfieren 7,0 x 105
J de calor al gas, ¿en cuánto varió la energía interna
del gas? ¿En este proceso la temperatura del gas
cambia?
d) Considerando que la variación de la energía interna
del gas es la misma en la expansión que en la
compresión, ¿cuánto calor se agrega o se extrae del
gas en la compresión?
4. Calor transferido a un sólido.
Una barra de cobre de 1,0 kg se calienta a presión
atmosférica. Si su temperatura aumenta de 20 ºC a 50
ºC. (densidad del Cu = 8,92x103 kg/m3). Calcule:
a) El trabajo realizado por la barra de cobre.
b) El calor transferido al cobre.
c) La variación en la energía interna del cobre
5. 1,0 g de agua (1,0 cm3) se convierte en 1 671 cm3 de
vapor de agua cuando se hierve a presión constante de
1,0 atm. (El calor de vaporización del agua a esta
presión es 2,26 x 106 J/kg).
a) ¿Cuánto calor se requiere para este proceso?
b) ¿Cuánto trabajo se realiza en este proceso?
d) Calcule la variación de la energía interna del gas.
¿Ganó o perdió energía?
6. Un gas se expande de I a F por tres trayectorias
distintas como se indica en la fig. 1. Cuando el gas va
por la trayectoria IF, se le agregan 400 J de calor.
a) Calcule el trabajo realizado en cada trayectoria.
¿Son iguales o diferentes? ¿A qué se debe esto?
b) ¿Cuánto es el cambio en la energía interna del gas?
c) ¿Cuánto calor es agregado o extraído del gas en
las trayectorias IAF e IBF?
P ( atm)
4
A
F
Fig. 1
B
1
0
I
1
2
3
4
V (L)
7. Si un sistema se lleva desde el estado I al estado F por
el camino IAF indicado en la fig. 2, fluyen al sistema
90,0 J de calor y el sistema realiza 70,0 J de trabajo.
a) ¿Cuánto es la variación de la energía interna del
sistema?
b) ¿Cuánto calor fluye hacia o desde el sistema por el
camino IBF, si el trabajo efectuado por el sistema en
este proceso es de 15,0 J?
c) Cuando el sistema se lleva de F a I por el camino
curvo, el trabajo efectuado sobre el sistema es de
– 45,0 J. ¿El sistema absorbe o libera calor en este
proceso, y cuánto?
P
A
F
Fig. 2
I
B
V
3. a) 6,06x105 J b) –4,54x105 J c) 9,4x104 J
d) –5,48x105 J
4. a) 1,9x10-2 J b) 1,16x104 J c) 1,16x104 J
5. a) 2 260 J b) 169 J c) 2 091 J
6. a) WIAF = –1 215,6 J,
WIBF = –303,9 J,
WIF = –759,8 J
b) 1 159,8 J
c) QIAF = -55,8 J
QIBF = 855,9 J
7. a) 20,0 J
b) 35,0 J
c) -65,0 J