2ºtermodinamica

1) Determine la ΔS del sistema, del ambiente y del universo en las siguientes situaciones, suponiendo que la presión es la atmosférica en todo momento.

a) 100 mL de agua a 80°C son vertidos en un tanque de agua a 20°C.

b) 100 mL de agua a 20°C son vertidos en un tanque de agua a 80°C.

Dato: Cp= 4,18J/K.g

Datos del problema: Temperaturas = 80°c=353,15K; 20°C=293,15K -   100 mL de agua=100g

a) - entropía del sistema:   ΔSsis=m Cp ln (Tf/Ti) = 100 (g) . 4,18 (J/K.g) . ln 293,15K/353,15K = -77,83 J/K

                        ΔSsis= -77,83 J/K

   - entropía del ambiente ΔSamb= ((m Cp (Ti-Tf))/Tf = ((100 . 4,18 . (353,15-293,15))/293,15= 85,55 J/K

                        ΔSamb= 85,55 J/K

  - entropía del universo es: ΔSu= ΔSsis + ΔSamb= -77,83 + 85,55 = 7,72 J/K

                        ΔSu= 7,72 J/K

b) - entropía del sistema:   ΔSsis=m Cp ln (Tf/Ti) = 100 (g) . 4,18 (J/K.g) . ln 353,15K/293,15K = 77,83 J/K

                        ΔSsis= 77,83 J/K

   - entropía del ambiente ΔSamb= ((m Cp (Ti-Tf))/Tf = ((100 . 4,18 . (293,15-353,15))/353,15= -71,01 J/K

                        ΔSamb= -71,01 J/K

  - entropía del universo es: ΔSu= ΔSsis + ΔSamb= 77,83 - 71,01 = 6,81 J/K

                        ΔSu= 6,81 J/K

2) Calcule ΔG para las siguientes transformaciones:

a) Compresión isotérmica 25°C de 100 g de agua desde 1atm a 100atm de presión (considere que el volumen del líquido es constante durante el cambio de presión)

Datos: T: 298,15K;  m=100g; n=p/Pm=100/18,01=5,55mol; P1=1atm; P2=100atm; R=8,31 J/Kmol

ΔG=ΔH – TΔS;   ΔH=0; ΔS=nRln(P2/P1)=5,55 . 8,31 . ln(100/1)=212,39J/K

ΔG=0 – 298,15 K . 212,39 J/K =63,324x103 J

ΔG=-63,324x103

b) Compresión  isotérmica reversible de 1,00 mol de gas ideal desde 1,00bar hasta 5,00bar a 25°C.

Datos: T: 298,15K;  n=1mol; P1=1bar; P2=5bar; R=8,31 J/Kmol

ΔG=ΔH – TΔS;   ΔH=0; ΔS=nRln(P2/P1)= 1 . 8,31 . ln(5/1)=13,37J/K

ΔG=0 – 298,15 K . 13,37 J/K =-39,84x102 J

ΔG= -39,84x102 J

 3) Un motor funciona en base a un mol de un gas ideal que opera cíclicamente de manera r reversible siguiendo un ciclo de Carnot. Luego de completar un ciclo, el motor realiza un trabajo neto de 60J. La temperatura de la expansión isotérmica es 500 K, mientras que durante la compresión isotérmica, la temperatura es 200 K.

a) Calcule la eficiencia termodinámica del motor.

Datos: n=1mol; W=60J; T=500K(expansión isotérmica); T=200K(compresión isotérmica)

ε=1-Tf/Ti= 1-200/500

ε=0,60=> Eficiencia es del 60%

b) Calcule el calor absorbido a 500 K y el calor cedido al entorno a 200K.

ε=ꟾWꟾ/Q => 0,6=60/Q =>Q=60/0,6=100J; Qf=100J

COP=ꟾQfꟾ/ꟾWꟾ=100/60 => Sabemos que COP=Eganada/Eperdida donde la energía que se  gana es el calor extraído | Qf | del foco y la energía perdida es el trabajo necesario para hacer funcionar el motor.

4) Un gas ideal diatómico que, inicialmente ocupa un volumen de 4l a 600K y 4atm, recorre el siguiente ciclo:

...