Problemario Primera Ley Termodinámica

Escuela de Nivel Medio Superior de León Problemario: Primera Ley de la Termodinámica Física 4, octubre 2009 Prof. J. Pablo Aranda

1. En cierto cierto proceso, proceso, 8 kcal de calor calor se suministran suministran a un sistema sistema mientras mientras éste éste efectúa efectúa un trabajo de 6 kJ. ¿En cuánto cambió la energía interna del sistema durante el proceso? 2. ¿En cuánto cambia la energía interna de 5 g de hielo hielo exactamente a 0 ºC al transformarse en agua a 0 ºC? Desprecie el cambio en el volumen. volumen. 3. La figura representa un proceso termodinámico. En el proceso ab se suministran 600 J de calor, y en el bd , 200 J. Hallar: Hallar: (a) la variación variación de energía energía interna interna en en el proceso proceso ab; (b) la variación variación de energía energía interna interna en el proceso proceso abd ; y (c) el calor total suministrado en el proceso acd . 4 Un gramo de agua se convierte en 1671 cm 3 de vapor cuando hierve a 1 atm de de presión. El calor de vaporiza vaporización ción a esta esta presión presión es de 2256 J/g. Calcular Calcular el trabajo trabajo externo externo y el incremento de energía interna. 5. Encuentre W y ΔU para un cubo de hierro de 6 cm de lado, cuando se calienta de 20 ºC hasta 300 ºC a presión atmosférica. La densidad, la capacidad calorífica y el coeficiente de dilatación lineal lineal para el hierro son respectivamente 7.87 g/cm g/cm3, 0.107 cal/g·ºC y 1.2 × 10-5 ºC-1. 6. Un gas está encerrado encerrado en un contenedo contenedorr ajustado con un pistón pistón de 0.10 0.10 m 2 de área de secció sección n transve transversa rsal. l. La presió presión n del gas se se mantien mantienee a 8000 Pa mient mientras ras se añade añade lentamente calor al sistema, de manera que el pistón es empujado hacia arriba una distancia distancia de 4.0 cm. cm. Si se han añadido añadido 42 42 J de energía energía al sistema sistema por calor durante durante la expansión, ¿cuál es el cambio de energía interna si el proceso es isobárico? 7. 2.0 kg de agua se se mantienen a un volumen constante constante en un contenedor mientras se añaden, lentamente, lentamente, 10.0 kJ de energía energía caloríf calorífica ica mediante mediante una flama. El contenedo contenedorr no está perfectament perfectamentee aislado, de modo que 2.0 kJ de energía abandonan abandonan el sistema sistema hacia los alrededores. ¿Cuál es el incremento de temperatura en el agua? 8. A sample of monatomic monatomic ideal gas occupies occupies 5.00 L at atmospheric atmospheric pressure pressure and 300 K (point A in Figure P21.67). It is heated at constant volume to 3.00 atm (point B). Then it is allowed to expand isothermally to 1.00 atm (point C ) and at last compressed isobarically to its original state. (a) Find the number of moles in the sample. (b) Find the temperature at points B and C and the volume at point C . (c) Assuming that the molar specific heat does not depend on temperature, so that U = 3nRT /2 find the internal energy at points A, B, and C . (d) Tabulate P, V, T, and U for the states at points A, B, and C . (e) Now consider the processes A → B, B → C y C → A. Describe just how to carry out each process experimentally. (f ) Find Q, W , and ΔU for each of the processes. (g) For the whole cycle A → B → C → A find Q, W , and ΔU .

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9. Una bala de de 100 g ( c = 0.030 cal/g·ºC) está inicialmente a 20 ºC. Se dispara en línea recta hacia arriba con una rapidez de 420 m/s, y en su regreso al punto de partida choca con un bloque bloque de hielo hielo a 0 ºC. ¿Cuánto ¿Cuánto hielo se funde? funde? Desprecie Desprecie la fricción fricción de la bala bala con el aire. 10. La relación de compresión compresión de determinado determinado motor diesel es 15. Esto indica que que el aire en los cilindros se comprime comprime a 1/15 de su su volumen inicial. Si la presión inicial es 1.0 1.0 × 10 5 Pa y la temperatura inicial es de 27 ºC, hallar la presión final y la temperatura después de la compresión. compresión. El aire es fundamentalmente una mezcla de de oxígeno oxígeno y nitrógeno, y γ = 1.40. 11. ¿Cuánto trabajo realiza el gas del problema problema anterior durante la compresión, si si el volumen -3 3 inicial del cilindro es 1.0 × 10 m ? 12. Considere la compresión compresión isoterma de 0.10 mol de un gas ideal a 0 ºC. La presión inicial es 1 atm y el volumen volumen final es 1/5 1/5 del inicial. inicial. (a) Determin Determinee el trabajo trabajo requerido. requerido. (b) ¿Intercambia calor el gas con el medio medio externo? En ese caso, ¿cuánto ¿cuánto y en qué dirección? (c) ¿Cuál es la variación de energía interna? 13. Durante una expansión adiabática, la temperatura de 0.1 mol mol de oxígeno desciende de 30 ºC a 10 ºC. ¿Cuánto trabajo realiza el gas? ¿Cuánto calor se ha suministrado? suministrado? 14. La temperatura de de 5 kg kg de gas nitrógeno nitrógeno se eleva desde 10 ºC hasta 130 ºC. (a) Si esto se realiza a volumen constante, determine el aumento en energía interna. interna. (b) De manera manera alter alterna nativ tiva, a, si el mism mismo o camb cambio io de tempe tempera ratu tura ra ahor ahoraa ocur ocurre re a pres presió ión n cons constan tante te,, determine tanto ΔV como el trabajo externo W que realiza el gas. 15. Para el gas nitrógeno, cv = 740 J/kg·K. J/kg·K. Si se supone que se comporta como un gas ideal, determine su calor específico a presión constante. 16. ¿Cuánto trabajo realiza un gas ideal al expandirse isotérmicamente desde un volumen inicial de 3 litros a 20 atm, hasta un volumen final de 24 litros? 17.

20 cm3 de un gas gas monoa onoató tómi mico co a 12 ºC y 100 100 kPa kPa se com comprim primen en súbit úbitaa y 3 adiabáticamente a 0.50 cm . Suponga que se trata de un un gas ideal. ¿Cuál será su presión y su temperatura después de la compresión?

18. Cinco moles moles de gas Neón a 2 atm y 27 ºC se comprimen comprimen adiabáticamente adiabáticamente a un tercio de su volumen volumen inicial. inicial. Encuen Encuentre tre la presió presión n y temper temperatu atura ra finales finales y el trabaj trabajo o extern externo o efectuado sobre el gas.

______________________________________________ Tarea #6: Física Física General General (F. Bueche, Bueche, serie serie Schaum Schaum)) Pag 188-189: 188-189: Problemas Problemas 21, 22, 24, 28, 29, 30, 32, 33, 35, 40, 41, 42. Entregar el viernes 16 de octubre



Problema 3



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