Repartido N° 13 Arquivo

Física I para Licenciaturas de Física, Matemática , Ciencias de la Atmósfera y Física Médica
Facultad de Ciencias - Instituto de Física
PRÁCTICO Nº 13
1 - Termodinámica II
1.-Construya los diagramas P-V,
V, P-T,
P
y V-T para un gas ideal en cada
uno de los siguientes procesos: isotérmico, isobárico e isovolumétrico.
2. - Suponga que una muestra de gas se dilata de 2,0 a 8,0 m3 a lo
largo de la trayectoria diagonal pV que se muestra en la figura. Luego
se comprime nuevamente a 2,0 m3 a lo largo de cualquiera de las
trayectorias 1 o 2. Calcule el trabajo neto efectuado sobre el gas para
el ciclo completo en cada caso.
P
3.- Un gas ideal monoatómico se somete a los procesos indicados en
3.
el diagrama PV de la figura. Complete los signos de la tabla adjunta.
Usar convención:
convenci
ΔU= Q+W. Con dW = -P..dv
A
Q
C
A-B
B-C
C-A
B
W
U
+
-
V
4.- Un sistema se lleva del estado a al b
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por las tres trayectorias de la figura
a) ¿Por qué trayectoria el trabajo efectuado por el sistema es máximo?
¿Y menor?
b) Si Ub > Ua, ¿por cuál trayectoria es mayor el valor absoluto de la
transferencia de calor? En esa trayectoria, ¿el sistema absorbe o
desprende calor?
5.- Cuando se hace pasar un sistema del estado A al estado B
5.
siguiendo la trayectoria ACB,, se encuentra que fluye hacia el sistema
una cantidad de calor igual a 50 cal, y el sistema realiza un trabajo
de 20 cal (o sea, Q = 50 cal y W = -20).
20). Si W = -13 cal para la
trayectoria ADB, ¿cuánto vale Q,, para esa trayec
trayectoria?
6.- Cuando un sistema se lleva del
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estado i al estado f a lo largo de la
trayectoria iaf en la figura, se encuentra que: Q = +35 J y W =
– 25 J. Si W = + 14 J para la trayectoria curva de regreso fi,
¿qué valor tiene Q para esta trayectoria? (La convención de signos
es la correspondiente a la primera ley escrita de la forma ∆
=
+ ).
7.- Una bola de hierro de 0,5 kg se deja caer sobre un piso de cemento desde una altura de 10 m.
En el primer rebote sube hasta una altura de 0,5 m.. Supóngase que toda la energía mecánic
mecánica
macroscópica perdida en el choque se queda en la bola. El calor específico del hierro es de 450 J/kg
ºC. Durante el choque, a)) ¿cuánto ha cambiado la energía interna de la bola
bola? b) ¿en cuánto ha
aumentado la temperatura de la bola después del primer choque?
choq
8.- Un gramo de agua (1,03 cm3) se convierte en 1671 cm3 de vapor cuando
cuando,se hierve a presión
constante de 1,00 atmósfera.
ósfera. Si el calor de vaporización a esta presión es Lv =2,256×106 J/kg.
Calcule el trabajo efectuado por el agua al vaporizarse y su aumento de energía interna.
Repartidos de ejercicios Nº 13 – 2016
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Física I para Licenciaturas de Física, Matemática , Ciencias de la Atmósfera y Física Médica
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9.- Un volumen V1 = 0,500 m3 de un gas diatómico que está a una temperatura T1 = 0,00 ºC se
encuentra en un recipiente cilíndrico, cerrado por arriba con un émbolo de masa m = 22,0 kg y
sección A = 0,250 m2, que se desliza fácilmente. La presión atmosférica es P0 = 1,00 atm.
¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar el hidrógeno hasta T2 =
150ºC?
10.- Un cilindro está cerrado por un pistón, de masa despreciable y
sección A = 7,00×10-3 m2, conectado a un resorte ideal de constante
elástica k = 2,00 ×103 N/m, como se muestra la figura. Con el resorte
relajado (en su longitud natural) el cilindro contiene un volumen V = 5,00
L de gas ideal a una temperatura T1= 20,0 °C y una presión P1 = 1,00
atm. Cuando se eleva la temperatura del gas a una temperatura T2= 250
°C, ¿cuánto vale la altura h que asciende el pistón?
11.- En un experimento para simular las condiciones dentro de un motor de automóvil, 0.185
moles de aire a una temperatura de 780 K y a una presión de 3.00×106 Pa están contenidos en un
cilindro cuyo volumen es de 40.0 cm3. Después se transfieren 645 J de calor al cilindro. a) Si el
volumen del cilindro se mantiene fijo, ¿qué temperatura final alcanza el aire? Suponga que el aire
es prácticamente nitrógeno puro y use los datos de tablas aunque la presión no sea baja. Dibuje
una gráfica pV para este proceso. b) Calcule la temperatura final del aire, si se permite que el
volumen del cilindro aumente mientras la presión se mantiene constante. Dibuje una gráfica pV
para este proceso.
12.- Un cilindro con pistón contiene 0,250 moles de oxígeno a 2,40×105 Pa y 355 K. El oxígeno
puede tratarse como gas ideal. Primero, el gas se expande isobáricamente al doble de su volumen
original. Después, se comprime isotérmicamente a su volumen original y, por último, se enfría
isocóricamente hasta su presión original.
a) Muestre esta serie de procesos en una gráfica pV.
b) Calcule la temperatura durante la compresión isotérmica.
c) Calcule la presión máxima.
d) Calcule el trabajo total efectuado por el pistón sobre el gas durante la serie de procesos.
13.- Dos recipientes A y B contiene cada uno un mol de gas ideal
a la misma temperatura y ambos están a una presión inicial P1=
3,20 × 103 Pa. El gas del recipiente A se expande a presión
constante desde un volumen inicial Vi= 0,210 m3 hasta un
volumen final Vf. A su vez, el gas del recipiente B se expande
isotérmicamente hasta el mismo volumen final Vf (ver figura). En
la expansión isotérmica, el gas del recipiente B absorbe una
cantidad de calor Q = 660 J. ¿Cuánto vale la temperatura final del
gas del recipiente A?
14.- Un cilindro con un pistón móvil sin fricción, contiene una cantidad de helio gaseoso. En un
principio, su presión es de 1,00×105 Pa, su temperatura es de 300 K y ocupa un volumen de 1,50
L. Después, el gas se somete a dos procesos. En el primero, el gas se calienta y se permite que el
pistón se mueva a modo de mantener la temperatura constante en 300 K. Esto continúa hasta que
la presión alcanza 2,50×104 Pa. En el segundo proceso, el gas se comprime a presión constante
hasta que vuelve a su volumen original de 1.50 L. Suponga que el gas tiene comportamiento ideal.
a) Muestre ambos procesos en una gráfica pV.
b) Calcule el volumen del gas al final del primer proceso, y la presión y temperatura del gas al final
del segundo proceso.
c) Calcule el trabajo total efectuado por el gas durante ambos procesos.
d) ¿Qué tendría que hacer con el gas para volverlo a su presión y temperatura originales?
Repartidos de ejercicios Nº 13 – 2016
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Física I para Licenciaturas de Física, Matemática , Ciencias de la Atmósfera y Física Médica
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PREGUNTAS
1) La cantidad de agua de un lago puede aumentar por medio de manantiales subterráneos, por
aporte de un río y por lluvia. Puede disminuir por causa de varios escapes y por evaporación.
a) ¿Es correcto preguntar: cuánta lluvia hay en el lago?
b) ¿Sería preferible o razonable preguntar: qué cantidad de agua del lago se debe a la lluvia?
c) ¿Qué concepto equivale a «lluvia en el lago»?
2) Se comprime rápidamente un gas contenido en un cilindro rodeado de una gruesa capa de
fieltro, elevándose la temperatura varios cientos de grados. ¿Ha habido transferencia de calor? ¿Se
ha incrementado el «calor del gas»?
3) Se lleva a cabo una experiencia de combustión quemando una mezcla de combustible y oxígeno
en una “bomba” de volumen constante rodeada de un baño de agua. Durante la experiencia se
observa una elevación de la temperatura del agua. Considerando como sistema la mezcla de
combustible y oxígeno:
a) ¿Ha habido transferencia de calor?
b) ¿Se ha realizado trabajo?
c) ¿Cuál es el signo de U?
4) Un líquido se agita irregularmente en un recipiente bien aislado y por ello experimenta una
elevación de temperatura. Considerando el líquido como sistema:
a) ¿Ha habido transferencia de calor?
b) ¿Se ha realizado trabajo?
c) ¿Cuál es el signo de U?
5) Un recipiente de paredes rígidas y cubiertas con asbesto está dividido en dos partes por un
tabique. Una parte contiene gas y en la otra se ha hecho el vacío. Si el tabique se rompe
súbitamente, demostrar que la energía interna inicial y final del gas son iguales.
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