Termodinamica

Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Agrícola Campus Chillán GUIA DE EJERCICI! FI!ICA II " #ER$DI%&$ICA 1. En un determinado determinado proceso proceso se suministran suministran 500 cal a un sistema, sistema, y al mismo tiempo se realiza sobre el sistema un trabajo de 100 J ¿Cuál es el incremento de energía interna del sistema !. "n gas en un recipient recipiente e está a una presi#n presi#n de 15 atm y un $olumen $olumen & de % m ¿Cuál ¿Cuál es el trabajo trabajo e'ectuad e'ectuado o por el gas si, a( se e)pend e)pende e a pres presi# i#n n const constan ante te *as *asta ta el dob doble le de su $ol $olum umen en inic inicia ial, l, y b( se comprime presi#n constante *asta un cuarto de su $olumen inicial, c( representar ambos procesos en el plano +&. En un determinado proceso se suministran a un sistema !00 tu y al mismo tiempo este se e)pande e)pande contra contra una una presi#n presi#n e)terna e)terna cte de 100 ! lb/pulg a energía energía del sistema sistema es la la misma misma al principi principio o y al nal del proceso. 2állese el $olumen del sistema. %. En la gura, el cambio cambio de energía energía interna interna de un gas 3ue pasa pasa 4 a C es 00 J. El trabajo realizado a lo largo de la trayectoria 4C es 500 J. 4( ¿Cuá ¿Cuánt nta a ener energí gía a debe debe entr entreg egar arse se al sist sistem ema a cuan cuando do $a de 4 a C pasando por  ( 6i la presi#n en el punto 4 es cinco $eces la del punto C ¿Cuál es el trabajo 3ue *ace *ace el sistema al ir de C a 7 C( ¿Cuál es la energía energía 3ue se intercambia intercambia con los alrededor alrededores, es, cuando el ciclo ciclo $a de C a 4. d( 6i el el cambio cambio en la energ energía ía interna interna al al ir del punto punto 7 al punto punto 4 es 500 J ¿Cuánta energía t8rmica t8rmica debe entregarse entregarse al sistema cuando $a del punto C al punto 7 P(kPa) 10

2

B

A

D

6

C 8

12

14

V(m3)

5. "n gas ideal está encerrado en un cilindro 3ue tiene un 8mbolo m#$il en la parte parte superior superior.. El 8mbolo tiene una una masa de 000gr u un área área de ! 5 cm , y se pued puede e mo$e mo$err libr librem emen ente te *aci *acia a arri arriba ba y *acia acia abaj abajo, o, mante mantenie niend ndo o const constan ante te la presi presi#n #n del del gas gas ¿ Cuánt Cuánto o traba trabajo jo se *ace *ace cuand cuando o la temp temper eratu atura ra de de 0,! mol moles es del del gas gas se ele$ ele$an an de de !09C !09C a &009C :. "n mol de un gas ideal realiza realiza &000 J de trabajo sobre los alrededores alrededores con'orme se e)pande esot8ricamente *asta una presi#n nal de 1 atm. y un $ol $olum umen en de de !5 lt. lt. 7ete 7eterrmine mine,, a( el el $olu $olume men n inic inicia iall y b( b( la temperatura del gas. ;. "n gas ideal e)perim e)perimenta enta una e)pansi e)pansi#n #n isot8rm isot8rmica ica a 09C
. "na muestra de gas ideal

se e)pande al doble

de su $olumen

original de 1 m & en un proceso para el cual + > d $ ! con

α 

> 5

atm m

6

¿Cuánto trabajo 'ue *ec*o por el gas en e)pansi#n ? Cinco moles de un gas ideal se e)panden isot8rmicamente a 1!;9C *asta cuatro $eces su $olumen inicial. Encuentre a( el trabajo *ec*o por el gas y b( la energía t8rmica trans'erida al sistema ambas en Joules 10. "n gas ideal inicialmente a &00 9= se somete a una e)pansi#n isobárica a !,5 @+a. 6i el $olumen aumenta de 1m & a &m& y se transeren al gas 1!,5 =J de energía t8rmica. Calcule a( el cambio en su energía interna y b( su temperatura nal. 11. 7os moles de *elio están inicialmente a una temperatura de !;9C y ocupan un $olumen de !0 lt. En primer lugar el *elio se e)pande a presi#n cte. *asta duplicar su $olumen y despu8s adiabaticamente *asta 3ue la temperatura $uel$e a su $alor inicial. a( 7ibuje un diagrama del proceso en el plano +. b( ¿Cuál es el calor total suministrado en el proceso c( ¿Cuál es la $ariaci#n de energía interna total del *elio d( ¿Cuál es el trabajo total realizado por el *elio e( ¿Cuál es el $olumen nal 1!. a potencia el8ctrica de entrada de cierto motor el8ctrico es 0,5 =A. , y la potencia mecánica de salida es 0,5% *p. 4( ¿Cuál es el rendimiento del motor Es decir ¿Bu8 'racci#n de potencia el8ctrica se trans'orma en potencia mecánica 1&. "n motor de autom#$il de %0 *p consume %,5 galones de gasolina por *ora. El calor de combusti#n es 1! ) 10 ; Joules por gal#n ¿Cuál es el rendimiento del motor Es decir ¿3u8 'racci#n de combusti#n
cíclico descrito en la gura a( trans'erida al sistema durante ciclo es decir, el proceso se energía t8rmica neta 3ue se

P(kPa) B 8

2

A

6

C

10

V(m3)

15. 6e desea 'abricar un motor para e)traer energía apro$ec*ando el gradiente de temperatura del agua del mar. 6i las temperaturas del agua supercial y del 'ondo del mar son !59C y 109C respecti$amente ¿Cuál será la eciencia t8rmica má)ima del motor

1:. "n in$entor sostiene 3ue *a desarrollado una má3uina 3ue e)trae !5.000.000cal a una temperatura de %009= y entrega 10.000.000 cal a !009= y realiza un trabajo mecánico de 15 @ * ¿Fn$ertiría usted dinero para la 'abricaci#n de esta má3uina 1;. "n motor de Carnot cuyo 'oco caliente está a %009= toma 100 cal a esta temperatura en cada ciclo y cede 0 cal al 'oco 'río a( ¿Cuál es la temperatura del 'oco 'río b( ¿Cuál es el rendimiento del ciclo 1. "n motor de Carnot 'unciona entre dos 'ocos calorícos a la temperatura de %009= y &009=. a( si en cada ciclo el motor recibe 1!00 cal del 'oco a %009= ¿ Cuantas calorías por ciclo cede al 'oco a &009= b( 6i el motor 'unciona a la in$ersa como 'rigoríco y recibe 1!00 cal del 'oco e &009= ¿cuántas calorías cede al 'oco de %009= 1?. "na má3uina 'rigoríca de Carnot o bomba t8rmica 'unciona entre dos 'uentes a 09C y 1009C. a( 6i absorbe 1000J de la 'uente 'ría ¿Cuántos Joules entrega a la 'uente caliente b( ¿Cuál es su coeciente de rendimiento !0. 6e *an desarrollado ciclos de re'rigeraci#n para calentar edicios. 6e absorbe calor de la tierra mediante un Guido 3ue circula por caHerías empotradas, y se entrega calor a una temperatura más alta en el interior del edicio. 6i se dispusiera de una má3uina 'rigoríca de Carnot 'uncionando entre la temperatura 09C