El ejercicio de la termodinámica

Explique la siguiente frase: “No existe ningún procedimiento que en la experiencia de Joule

permita enfriar el calorímetro y levantar las pesas de modo que todo vuelva al estado inicial”.

Explique la siguiente frase: “No existe ningún procedimiento que en la experiencia de Joule

permita enfriar el calorímetro y levantar las pesas de modo que todo vuelva al estado inicial”.Termodinámica

Carolina Hornig Sube

Física

Instituto IACC

23 de Junio de 2013

Desarrollo

1. ¿Por qué es que en el estudio de la termodinámica se considera la Energía Cinética Media y no directamente la Energía Cinética?

Respuesta:

Se considera la energía cinética media de las partículas (átomos, moléculas), ya que por ejemplo al aplicar presión en un émbolo a unas partículas de un recipiente determinado, éstas no poseen la misma velocidad (distintas velocidades en distintas direcciones), por lo que se toma una velocidad media, lo que se traduce en una energía cinética media.

2. ¿A qué se debe el que la constante universal de los gases, R, posea más de un valor y cómo se puede llegar de un valor a otro?

Respuesta:

Posee varios valores ya que depende de las unidades de medida usadas al medir la presión y el volumen.

PV = n R T , R = PV / n T (unidades de presión por volumen divididas por moles por temperatura).

Se puede llegar de un valor a otro trasformando las unidades por unidades equivalentes, en donde solo varían las unidades de presión y volumen. Puede también expresarse en unidades de trabajo (P*V, en Joule, cal).

Por ejemplo:

R = 0.082051 l•atm / mol K * (1000 ml / 1 l) = 82.051 ml •atm / mol K

R = 0.082051 l•atm / mol K * (760 torr / 1 atm) = 62.36 L torr / mol K

3. Basándose en la constante universal de los gases, R, calcule a cuántos

litros-atmósferas equivale un joule.

Respuesta:

De acuerdo a la constante universal de los gases, R, tenemos las siguientes unidades:

R = 0.08251 l•atm / mol K

R = 8.314 J / mol K

R = R

0.08251 l•atm / mol K = 8.314 J / mol K

Se eliminan los “mol K”:

0.08251 l•atm = 8.314 J

1 J = (0.08251 / 8.314) l•atm

1 J = 0.0099242 l•atm

4. ¿Cuál es la cantidad mínima de variables necesarias para definir un sistema? ¿Por qué?

Respuesta:

El estado termodinámico de un sistema está definido por pocas variables termodinámicas, como en la ecuación de un gas ideal:

p • V = n • R • t.

Se aprecia que solo se necesitan dos variables para definir un sistema, dejando una tercera variable como una constante, en este caso “t”, la temperatura.

Por lo tanto la cantidad mínima de variables para definir un sistema son dos, en este caso la presión y el volumen.

5. ¿Qué aplicación tiene el ciclo de Carnot en las máquinas actuales?

Respuesta:

El ciclo de Carnot es aplicado al funcionamiento de las maquinas actuales, principalmente en procesos de refrigeración y calefacción (maquinas térmicas), como por ejemplo, ciertos refrigeradores, en donde la maquina absorbe calor de un ambiente determinado, y cede este calor a una fuente caliente, dejando el primer ambiente del cual absorbieron el calor, a baja temperatura, necesario para la conservación de los alimentos.

6. ¿A qué se debe que en la termodinámica el trabajo se considere negativo?,

¿Cuándo podría considerarse positivo?

Respuesta:

Si consideramos un sistema de forma arbitraria y volumen V, sobre el cual actúa el medio exterior ejerciendo fuerzas debido a una presión hidrestática “Pe”, el trabajo se considera negativo, ya que la fuerza de presión que el medio externo ejerce sobre el sistema está dirigida hacia el interior del sistema, mientras que el elemento de superficie está representado hacia el exterior.

El trabajo realizado por el medio será: dW = - Pe dV en donde hay disminución de volumen.

Si el sistema disminuye su volumen (dV < 0) es debido a que recibe trabajo, y la anterior expresión conduce a dW > 0, que está de acuerdo con el criterio de signos adoptado. Por el contrario, si el sistema se expansiona (dV > 0), es el proprio sistema el que realiza trabajo sobre el medio, y de acuerdo una vez más a la ecuación,

...