Guia Termodinamica

Problema 10.01

Un gas en un recipiente está a una presión de 1.5 atm y a un volumen 4 m3 ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas cuando

(a) se expande a una presión constante hasta el doble de su volumen inicial y

(b) se comprime a presión constante hasta un cuarto de su volumen inicial?

Problema 10.02

Un gas ideal está encerrado en un cilindro. Hay un émbolo movible en la parte superior del cilindro. El émbolo tiene masa de 8000 g, un área de 5 cm2 y es libre de moverse hacia arriba o hacia abajo, manteniendo la presión del gas constante. ¿Cuánto trabajo se hace si la temperatura de 0.2 moles de gas se eleva de 20ºC a 300ºC?

Problema 10.03

Un gas se expande desde I a F por tres posibles trayectorias como se indica en la figura. Calcule el trabajo realizado por el gas a lo largo de las trayectorias IAF, IF y IBF.

Problema 10.04

Una muestra de un gas ideal de 1 mol se lleva a través de un proceso termodinámico cíclico, como se muestra en la figura. El ciclo consta de tres Partes - una expansión isotérmica (a - b), una compresión isobárica (b - c) y un aumento de la presión a volumen constante (c -d). Si T = 300 K, Pa =5 atm, Pb = Pc = 1 atm, determine el trabajo realizado por el gas durante el ciclo.

Problema 10.05

Una muestra de gas ideal se expande al doble de su volumen original de 1 m3 en un proceso cuasiestático para el cual P = α V2 , con α = 5.0 atm/m6 como se muestra en la figura. ¿Cuánto trabajo realizó el gas en expansión?

Problema 10.06

Un gas ideal en condiciones estándar (1 atm y 0ºC) se lleva a través de un proceso en donde el volumen se expande de 25 L a 80 L. Durante este proceso la presión varía corno el inverso cuadrado del volumen, P = 0.5aV-2

(a) Determine la constante a en unidades SI.

(b) Encuentre la temperatura y presión final.

(c) Determine una expresión general para el trabajo realizado por el gas durante este proceso.

(d) En particular, calcule, en joules el trabajo realizado por el gas en el proceso.

Problema 10.07

Una mol de un gas ideal hace un trabajo de 3000 J sobre los alrededores al expandirse isotérmicamente a una presión final de 1 atm y a un volumen final de 25 L.

(a) Determine el volumen inicial y

(b) la temperatura del gas.

Problema 11.01

Un gas se expande de I a F, como en el problema 10.03. El calor que se agrega al gas es de 400 J cuando el gas va de I a F por la trayectoria diagonal.

(a) ¿Cuál es el cambio en la energía interna del gas?

(b) ¿Cuánto calor se debería agregar al gas si se fuera por el camino indirecto IAF, para tener el mismo cambio en la energía interna?

Problema 11.02

Se comprime un gas a presión constante de 0.8 atm de un volumen de 9 L a un volumen de 2 L. En el proceso se escapan del gas 400 J de energía calorífica.

(a) ¿Cuál es trabajo realizado por el gas?

(b) ¿Cuál es el cambio en la energía interna del gas?

Problema 11.03

Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye 500 J. Si al mismo tiempo se hacen 220 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el calor transferido por, o hacia, el sistema.

Problema 11.04

Un gas se lleva a través del proceso cíclico descrito en la siguiente figura.

(a) Encuentre el calor neto transferido al sistema durante un ciclo completo.

(b) Si el ciclo se invierte, esto es, el proceso vapor el camino ACBA, ¿cuál es el calor neto transferido por ciclo?

Problema 11.05

Considere el proceso cíclico descrito en la figura del problema anterior. Si Q es negativo para el proceso BC y U es negativo para el proceso CA, determine los signos de Q, W y U asociados a cada proceso.

Problema 11.06

Cinco moles de un gas ideal se expanden isotérmicamente a 127ºC hasta cuatro veces su volumen inicial. Encuentre

(a) el trabajo realizado por el gas y

(b) el flujo total de calor hacia el sistema, ambos en joules.

Problema 11.07

¿Cuánto trabajo hace el sistema cuando 1 mol de agua a 100ºC hierve y se convierte en un mol de vapor a 100ºC a una presión de 1 atm? Determine el cambio en la energía interna del vapor al evaporarse. Considere el vapor como un gas ideal.

Problema 11.08

Un mol de gas, inicialmente a una presión de 2 atm y a un volumen de 0.3 L, tiene una energía interna de 91 J. En su estado final, la presión es de 1.5 atm, el volumen de 0.8 L y la energía interna de 182 J. Para los tres caminos, IAF, IBF e IF en la figura siguiente, calcule

(a) el trabajo realizado por el gas y

(b) el calor neto transferido en el proceso.

Problema 11.09

Se confina gas nitrógeno (m = 1.00 kg) en un cilindro con un émbolo movible expuesto a presión atmosférica normal. Se agrega una cantidad de calor (Q = 25 000 cal) al gas en un proceso isobárico y su energía interna aumenta en 8000 cal.

(a) ¿Cuánto trabajo realizó el gas?

(b) ¿Cuál es el cambio en el volumen?

Problema 11.10

Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de 2.5 kPa. Si el volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3 y

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