Unidad 4 Termodinámica Nombre del Profesor José Manuel Islas Martínez
Fecha
02/12/2017
Unidad 4. Termodinámica Física
“La inteligencia consiste no solo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar l os conocimientos en la práctica.” Aristóteles.
ACTIVIDAD 5 Objetivos:
Aplicar los conceptos de termodinámica así como las leyes que lo rige.
Instrucciones: Después de revisar los videos y los recursos siguientes debes d esarrollar la actividad 5.
Video Revisa los 3 videos del Prof. Víctor Alejandro García de la UTEL en donde ejemplifica y explica detalladamente la solución de problemas respecto al tema de termodinámica.
Lectura Termodinámica (Tippens, trad. Ramírez, 1992). Este documento fue elaborado a partir del libro de Tippens, por el área de diseño instruccional de la UTEL. En éste encontrarás los temas: calor y trabajo, función de la energía interna, primera y segunda ley de la termodinámica, así como los procesos adiabáticos, isocóricos, isotérmicos, entre otros.
Adicionalmente se te proporciona un formulario con las fórmulas que necesitas para la realización de la tarea.
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¿Cómo entregar nuestra tarea? Descargar la actividad en Word y responder directamente en el documento. -Imprimir la actividad para escribir las respuestas y enviar la foto o escaneo correspondiente. -Colocar su respuesta con fotos de lo realizado (ejercicio por ejercicio, etcétera).
Desarrollo de la actividad: 1. Ejemplo: Dado un gas ideal, calcula: a)
El módulo volumétrico B en un proceso adiabático.
b) Emplea el módulo volumétrico adiabático para calcular la velocidad del sonido en di cho gas (como función de la temperatura) Nota: evalúa para el aire con una temperatura de 30 °C ( T = 30°)
a) El módulo volumétrico B en un proceso adiabático. Utilizaremos las siguientes fórmulas.
= = Después debemos derivar para obtener la fórmula del módulo volumétrico.
B=1.4∗ 20.mol8kj =29.12 j/molk El módulo volumétrico es de
29.12 j/molk
.
b) Emplea el módulo volumétrico adiabático para calcular la velocidad del sonido en dicho gas (como función de la temperatura). Utilizaremos la fórmula de la velocidad.
= √ Utilizaremos la fórmula de la ley del gas ideal.
Masa molar en el aire (M) = 0.0290 kg/mol Razón de calores específicos en el aire ( ) = 1.4 Constante universal de los gases (R) = 8.314472 J/(Kmol) Temperatura = 30°C = 303.15°K 1°k=273.15+30°c=303.15°k
Sustituimos los valores en la formula.
. 5 = √ = √ ..7 . =348.82 / La velocidad del sonido es de
348.82 / 5
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2 Ejemplo: En determinado proceso térmico, un sistema absorbe 500 cal de calor y simultáneamente genera un trabajo de 90 J sobre sus alrededores. Determina: a) ¿Cuál es el aumento de la energía interna del sistema? b) El proceso se realiza por segunda ocasión, absorbiendo 700 Cal, generando un trabajo de 120 J? ¿Cuál es el nuevo aumento de la energía interna del sistema? a) ¿Cuál es el aumento de la energía interna del sistema? Utilizaremos las fórmulas de la primera ley de la termodinámica. ∆Q = ∆w + ∆u …………A ∆u = ∆Q - ∆w……………B Como se transforman a unidades ∆Q = calorías =500 cal Transformación de Joules a calorías ∆w= Joules en donde 1 cal=4.186 J Obtenemos ∆w en calorías
.6 ) =.6 =21.50 cal
∆w =90 J =
Agrupamos nuestros datos ∆Q= 500 cal ∆w = 21.50 cal
Sustituimos nuestros valores en la ecuación B ∆u = ∆Q - ∆w ∆u = 500 cal - 21.50 cal = 478.5 cal
El aumento de la energía interna del sistema es de 479.5 cal. b) El proceso se realiza por segunda ocasión, absorbiendo 700 Cal, generando un trabajo de 120 J ¿Cuál es el nuevo aumento de la energía interna del sistema? Utilizaremos la fórmula de la primera ley de la termodinámica. ∆u = ∆Q - ∆w
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2. Ejemplo: Un recipiente amplio aislante que contiene 1.5 kg de agua es colocado en una placa caliente; la placa y el agua tienen inicialmente una temperatura de 15 °C. Si elevamos la temperatura de la placa hasta llegar a 100 °C el agua empezará a hervir. En este caso, responde, ¿cuál es el cambio de entropía que experimenta el agua durante el proceso? Utilizaremos las fórmulas de un sistema reversible y un equili brio térmico
∫ dQ=mCdT……………..B ∫ ∫
∆S=
(reversible)…………………A
Combinamos ecuación A Y B
∆S=
=
……………..c
XX =lnx = dT
Resolvemos la integral se tiene S=
∆s =mC
∫ ∫ =〔lnln〕
mC〔ln (T)〕
= mC=
f i
∆S= mC〔ln ( )〕
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Convertimos a kelvin nuestros 15° y 100° C 15 °C = 273.15+15= 288.15 kelvin 100 °C = 273.15+100=373.15 kelvin Agrupamos nuestros datos Ti= 288.15° kelvin Tf=373.15° Kelvin m = 1.5 kg c= calor especifico = 4184 J/Kg Sustituimos valores
El cambio de entropía que experimenta el agua es de 1617.32 J/Kg*kg
Ejercicio: (Valor 3.0 punto) 3.1 Un recipiente amplio aislante que contiene 2.0 kg de agua es colocado en una placa caliente; la placa y el agua tienen inicialmente una temperatura de 19 °C. Si elevamos la temperatura de la placa hasta llegar a 85 °C el agua empezará a hervir. En este caso, responde, ¿cuál es el cambio de entropía que experimenta el agua durante el proceso
