FÍSICA 2 (MA256) Semana 9 – Sesión Sesión 1 Tome en cuenta la siguiente información para poder resolver cada uno de los ejercicios propuestos.
R 8 , 31 31
J
p V = n R T
Q P n C P T
mol K
p1V 1 p2V 2
QV n C V T
R 0,08 0,0820
Q U W
L atm mol K
1atm 1atm 1,01 ,013 10 5 Pa
2
W=
p dV 1
U n C V T 1. Cuando se hierve agua a una presión de 2,00 atm, el calor de vaporización es de 2,20 x 10 6 J/kg y el punto de ebullición es de 120,0 °C. A esta presión 1,00 kg de agua tiene un volumen de 1,00 x 10-3 m3, y 1,00 kg de vapor de agua tiene un volumen de 0,824 m3. Calcule el trabajo efectuado cuando se forma 1,00 kg de vapor de agua a esa temperatura. Calcule el incremento en la energía interna del gas. Respuesta: gas. Respuesta: 1,66 x105 J, 2,03 x106 J
2. Un cilindro contiene 0,010 0 moles de helio a T = 27,0 °C. ¿Cuánto calor se requiere para elevar su temperatura a 67,0 °C manteniendo constante el volumen? Dibuje una gráfica PV para este proceso. Si, en vez del volumen, se mantiene constante la presión del He, ¿cuánto calor se requiere para elevar su temperatura de 27,0 °C a 67,0 °C? Dibuje una gráfica PV para este proceso. ¿Qué explica la diferencia entre las respuestas a las partes a) y b)? ¿En qué caso se requiere más calor? ¿Qué sucede con el calor adicional? Si el gas tiene comportamiento ideal, ¿cuánto cambia la energía interna en la parte (a)? ¿En la (b)? Compare las respuestas y explique cualquier diferencia. Respuesta: 4,99 J, 8,31 J, 4,99 J
1
3. Durante un proceso de compresión, se realiza sobre un sistema 30,0 kJ de trabajo, mientras que el sistema transfiere 12,0 kJ de calor al medio ambiente. Halle la variación de la energía interna. Respuesta: 18,0 kJ
4. En un recipiente a 10,0 ºC, se tiene 5,00 kg de nitrógeno, si se calienta hasta 130 ºC. Halle la cantidad de calor, trabajo y cambio de energía interna, si el proceso se efectúa primero a presión presión consta constante, nte, y luego luego a volumen volumen const constante ante.. C p =0,248 kcal/kg ºC y CV =0,177 kcal/kg ºC. Respuesta: 149 kcal, 106 kcal, 42,6 kcal, 106 kcal, 0 kcal, 106 kcal
5. En un recipiente rígido se tiene 0,200 kg de oxígeno, a 1,00 bar y a 37,0 ºC, se transfiere calor mientras un agitador efectúa un trabajo igual a la mitad del calor transferido. Halle el calor transferido para triplicar su presión. C p =0,921 kcal/kg ºC y CV =0,661 kcal/kg ºC. Respuesta: 54,6 kcal
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6. Un tercio de mol de He gaseoso se lleva por la trayectoria abc indicado por la línea continua de la figura. Suponga que el gas tiene comportamiento ideal. ¿cuánto calor entra en el gas o sale de él? Si el gas pasa del estado a al c siguiendo la línea horizontal punteada de la figura, ¿cuánto calor entraría en el gas o saldría de él? Compare Q en las partes (a) y (b) y explique cualquier diferencia. Respuesta: diferencia. Respuesta: 3,21x103 J
7. El motor de un automóvil deportivo Ferrari F355 admite aire a 20,0 °C y 1,00 atm y lo comprime adiabáticamente a 0,0900 veces el volumen original. El aire se puede tratar como gas ideal con γ = 1,40 .Dibuje una gráfica PV para este proceso. proceso. Calcule la temperatura y 6 presión finales. finales. Respuesta: Respuesta: 2,94 x10 Pa, 768 K
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8. La gráfica muestra una serie de procesos termodinámicos. En el proceso ab, se agregan 150 J de calor al sistema; en el bd, se agregan 600 J. Calcule lo siguiente: a) ΔU en el proceso ab. b) ΔU en el proceso abd c) Calor total entregado en el proceso acd. Respuesta:
9. Un mol de O2 es sometida a los procesos 1-3 y 1-23, tal como se muestra en la figura. Determine el cociente
Q13 Q123
. Respues Respuesta: ta: ln2
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10. Un metro cúbico de aire esta está inicialmente a 49,0 ºC y 2,00 atm de presión y se expande a presión constante hasta un volumen de 5,00 m 3. Luego se expande adiabáticamente hasta un volumen de 10,0 m3 y la presión final de 0,500 atm. Represente todo el proceso en un diagrama P-V y halle el trabajo efectuado por el gas en cada etapa. Respuesta: 506 kJ
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11. En un proceso termodinámico isobárico un gas monoatómico experimenta una expansión de manera que la presión se mantiene en 80,0 kPa durante todo el proceso, si su volumen se incrementa de 1,00 m 3 a 3,00 m 3. Determine el calor entregado al gas. Respuesta: 400 kJ
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