Guía Ejercicios nº2
FIA41
Termodinámica
Profesor: Eugenio Pizarro G.
1. ¿Mediante que formas la energía puede cruzar las fronteras de un sistema? 2. ¿Cuáles son las convenciones de signos para el calor y el trabajo? 3. ¿Cuáles son los mecanismos de la transferencia de calor? 4. ¿En que difiere la convección forzada de la convección natural? 5. Se calienta agua en una cacerola tapada sobre una estufa, la agitación es producida por una hélice. Durante el proceso se añaden a ñaden 30 KJ de calor al agua, de los cuales se pierden 5 KJ por po r liberación hacia los alrededores. a lrededores. El trabajo tr abajo realizado rea lizado por la hélice es de 500 Nm. Determinar la energía final del sistema, si la energía inicial es de 10 KJ. 6. Un sistema cerrado se somete a un ciclo formado por dos procesos. Durante el primer proceso se transfieren t ransfieren 40 BTU de calor al a l sistema, mientras que este realiza 60 BTU de trabajo. Durante el segundo proceso, se realizan 45 BTU de trabajo sobre el sistema. Determinar la transferencia de calor durante el segundo proceso, el trabajo neto y el calor transferido para el ciclo. 7. Dos litros de N 2 a 0°C y 5 atm de presión se expanden isotérmicamente contra una presión de 1 atm hasta que finalmente el gas se encuentra también a esta última presión. Suponiendo Suponiendo que el gas es ideal, hallar los valores de W, U, H y Q en este proceso. 8. Durante un proceso de expansión, la presión del gas cambia de 15 a 100 psia de acuerdo a la ecuación (P = aV + b), donde: a = 5 psia/pie3 y b es una constante Si el volumen inicial del gas es de 7 pie3, calcular el trabajo asociado al proceso. 9. Calcular los valores que faltan en la tabla siguiente: W
Q 15
5 44 25
U1 12 18
14
U2
6 35
U 29
32 10
10. Las constantes de Van der Waals del dióxido de carbono son a = 3,59 atmlitro2/mol2 y b = 0,0427 litros/mol. (a) Hallar el trabajo mínimo requerido para comprimir 1 mol de gas desde un volumen de 10 a otro de 1 lt a 27 °C. (b) Comparar este trabajo con el obtenido en el supuesto que el gas es ideal. 11. Durante ciertos procesos de expansión y compresión real en dispositivos de cilindro pistón, se ha observado que los los gases cumplen con la siguiente ecuación:
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Profesor: Eugenio Pizarro G.
n
PV = constante, donde n es una constante. Calcular el trabajo realizado cuando un gas se expande desde un estado de 150 Kpa y 0,03 m3 hasta un volumen final de 0,2 m3, cuando n=0,3. 12. Tres grmol de un gas ideal que inicialmente se encuentran a 25 ºC y 2 atm, experimentan un cambio de acuerdo a: Etapa 1: Enfriamiento isocórico, desde un estado 1 a un estado 2, de modo que T2=0oC. Etapa 2: Expansión isotérmica, desde el estado 2 a un estado 3, de modo que el volumen se triplique. Etapa 3: Calentamiento isocórico, desde el estado 3 a un estado 4. Etapa 4: Transformación isobárica, a través de la cual el sistema vuelve a su estado inicial. a). Calcular el calor transferido en cada etapa y en el ciclo completo. b). Calcular el trabajo transferido en cada etapa y en el ciclo completo. 12. Un gas ideal con una masa molecular de 50, está contenido en un aparato cilindro/pistón, inicialmente a 20ºC y 0,24 m 3/Kg. El sistema experimenta una transformación isotérmica hasta un estado 2, en donde
V
3
es de 0,12 m /Kg.
Después se expande a presión constante hasta un estado 3, en el cual V es de 0,36 m3/Kg. Finalmente el sistema regresa a su estado original siguiendo una trayectoria de una línea recta en el diagrama P -
V .
a). Represente el proceso en un diagrama P - V . b). Calcular los valores de P2 y P3 en bares. c). Calcular el trabajo neto del ciclo en N*m / gr 13. Comente acerca de las siguientes situaciones: a). ¿Es el té dulce una sustancia pura? b). Un marido está cocinando un estofado para su familia en una cacerola que está: Descubierta. Cubierta con una tapa. ¿En cuál caso el tiempo de cocción es menor? c). ¿Puede el agua hervir a t emperaturas mayores que 100ºC? d). Una lata de refresco se deja caer desde el techo de un edificio, ¿aumentará su temperatura si cae, como consecuencia de la reducción de energía potencial?
