SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA 1. Una masa de 1 kg de

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
1. Una masa de 1 kg de agua a una temperatura de 25°C se mezcla
adiabáticamente e isobáricamente con una masa de 3 kg de agua a 75°C. Calcúlese
el cambio de entropía del agua y del universo. Tómese cp=1 cal/g°K para el agua.
2. Un trozo de hierro con una masa de 500 gr a una temperatura de 300°C se arroja
a una masa de 200 g de agua a 17°C. Si sólo ocurre transferencia de calor entre el
agua y el hierro, calcúlese el cambio de entropía del hierro, del agua y del sistema
hierro + agua después de alcanzado el equilibrio. La capacidad calorífica del hierro
es 0,107 cal/g°K.
3. Dos muestras iguales de un gas ideal inicialmente a la misma temperatura T y
presión p se comprimen hasta que su volumen se reduce a la mitad, en un caso
isotérmicamente y en el otro adiabáticamente.
a) ¿En cuál muestra la presión final es mayor?
b) Suponiendo que los procesos son reversibles calcular el cambio de
entropía del gas y de los alrededores. ¿Se satisface ∆s≥0? Calcúlense estos
cambios para 1 mol de gas.
4. 10 moles de un gas ideal se expanden libremente hasta ocupar un volumen 3
veces mayor que su volumen inicial.
a) Calcúlese el cambio de entropía del gas y del universo
b) Repítase (a) para un proceso isotérmico reversible.
5. Un sistema σ opera entre tres recipientes térmicos como se indica en la figura.
Supóngase que éste absorbe 1200 julios de la fuente a!T1 y cede 900 julios a la
fuente a!T2.
a) ¿Qué cantidad de calor debe ceder a la fuente
de 400°K para que su ciclo sea reversible?
b) ¿Cuál es el mínimo valor que puede tener Q3
para que la operación de σ sea factible? ¿Qué
ocurre si
?
c) ¿Qué cantidad de trabajo debe recibir σ para
operar bajo las condiciones del inciso (a)?
d) Calcúlese el cambio de entropía de las
fuentes y de σ para el inciso (a). ¿Cuál es el cambio de entropía del universo?
6. Un sistema se lleva por el ciclo ABCD mostrado en la figura. La temperatura en
grados Celsius está indicada en cada esquina del ciclo. Las capacidades caloríficas
del sistema son:
Cp= 8,4 J/°K
Cp= 5,05 J/°K
a) Calcúlese el valor de
para
cada porción del ciclo. De acuerdo con
la primera ley, ¿ cuál es el significado
de
?
b) Calcúlese el valor de
Para cada porción del ciclo;
interpretar
de acuerdo con la
segunda ley.
c) Si la conversión de °C a °K fuese
hecha agregando otra constante
diferente de 273,15 , que pasaría con el valor de la integral
7. Supóngase que hemos elegido las variables T y s para representar el estado de
un sistema en lugar de p y V. ¿Qué forma toma el ciclo de Carnot en un diagrama
T-s? Calcúlese la eficiencia de dicho ciclo.
8. n1 moles de un gas ideal monoatómico a la temperatura T están en un
compartimiento de volumen V de un recipiente aislado. En otro comportamiento
adjunto, separado por una pared aislante, hay n2 moles de otro gas ideal
monoatómico a la temperatura T que ocupan un volumen V. se retira la pared, de
manera que el volumen disponible para ambos gases es 2V.
a) Calcúlese el cambio de entropía cuando los gases son idénticos y se
encuentran a la misma presión.
b) Calcúlese el cambio de entropía cuando los gases son diferentes.
9. n1 moles de un gas ideal a la temperatura T, ocupan un compartimiento de
volumen V1 de un recipiente aislado. En otro compartimiento adjunto, separado por
una pared aislante, hay n2 moles de otro gas ideal a la temperatura T ocupando un
volumen V2. Si se retira la pared, calcúlese el cambio de entropía.
10. a) Un kg de agua a 0°C se pone en contacto con una fuente de 100°C. Cuando
el agua en fase vapor ha alcanzado esa temperatura, ¿cuál ha sido la variación
de la entropía del agua, la fuente y el universo?
b) Si el agua se hubiera calentado de 0°C a 100°C poniéndola primero en
contacto con una fuente a 50 °C. ¿Cuál habría sido (∆s) universo?
c) Explicar cómo podría calentarse el agua de 0°C a 100°C de manera que (∆s)
universo =0.
Datos:
Cp= 4, 18 x 103 (J/kg °K)
= 3, 44 x 105 (J/kg)
: Calor latente de evaporación.