PROBLEMAS PROPUESTOS DE TERMODINÁMICA

PROBLEMAS PROPUESTOS DE TERMODINÁMICA

1. Hallar la temperatura final (ºC) necesaria para que 10 litros de helio a 100 K y 0,1 atm pasean a ocupar un volumen de 20m litros a 0,2 atm.

Rpta: 127ºC

1. En un tubo en U está encerrada cierta cantidad de un gas. El volumen ocupado por éste, a 30ºC, es de 50 cm3 y el nivel de mercurio en la rama cerrada se encuentra 10 cm por debajo del correspondiente a la rama abierta. El barómetro indica una presión atmosférica de 75 cm de columna de mercurio. Hallar el volumen del gas en c.n. (0ºC, 760 mm de Hg).

Rpta: 50,4 cm3

1. A 0ºC y 1 atm, la densidad del oxígeno vale 1,43 g/l. Calcular su densidad a 17ºC y 700 mm de Mercurio.

Rpta: 1,24 g/l

1. Una botella de acero de 5 000 cm3 de capacidad contiene oxígeno en c.n. (0ºC, 1 atm). ¿Cuántos gramos de oxígeno deben introducirse en la botella para elevar la presión hasta 40 atm permaneciendo constante la temperatura? Considere la masa molecular del oxígeno 32.

Rpta: 279 g.

1. Un ciclista realiza un trabajo durante una carrera a razón de 10 CV en 10 s. ¿Cuánto azúcar debe tomar para compensar la energía gasta? El poder calorífico del azúcar es de 4 kcal/g y el cuerpo humano tiene un rendimiento del 30 % en la transformación de energía química en mecánica.

Rpta: 14,63 g

1. Calcular el trabajo que realiza un gas cuyo volumen inicial es de 3 litros y cuya temperatura aumenta de 27 ºC a 227 ºC al expansionarse en contra de una presión constante de 2 atm.

Rpta: 405,2 J

1. La temperatura de ebullición del agua a 1 atm es 100 ºC. En estas condiciones, se sabe que 1 g de agua ocupa un volumen de 1 cm3, 1 g de vapor ocupa 1 671 cm3 y el calor de vaporización es de 540 cal/g. Hallar el trabajo exterior que se produce al formar 1 g de vapor a 100 ºC y el aumento correspondiente de energía interna.

Rpta: 169,171 J; 2091,27 J.

1. La temperatura de 3 kg del gas kripton se eleva desde -20 ºC hasta 80 ºC. a) Si el proceso se realiza a presión constante, calcular la cantidad de calor necesaria, el aumento de energía interna y el trabajo exterior producido por el gas. b) Hallar la cantidad de calor necesaria para llevar a cabo la transformación a volumen constante. Considere: , donde ; según el gas sea monoatómico, diatómico o más. Además  y .
   MKr= 83,7 g/mol.[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4]

Rpta: a) 17,83 kcal, 7,1 kcal, 10,73 kcal. b) 10,7 kcal

1. Se comprime adiabáticamente, hasta un tercio de su volumen inicial, 5 moles de un gas neón a 2 atm y 27ºC. Hallar la presión y temperatura final, así como el trabajo que se ha suministrado al gas. Para el gas Ne considere M = 20,18 g/mol.

Rpta: 12,53 atm; 626,39 K; -20 250,8 J[pic 5]

1. Se calienta aire contenido en un cilindro circular, según la figura, hasta que su peso de 100 kg se eleva 40 cm. Calcular el trabajo realizado por el aire en expansión sobre el peso. La presión atmosférica es 80 kPa.

Rpta: 2 654 J

1. Dos kg de aire experimentan el ciclo de tres procesos que se ven en la figura. Calcule el trabajo neto. Considere: M = 28,97 g/mol

[pic 6]

Rpta: -809 kJ

1. Cierta cantidad de aire experimenta un ciclo de tres procesos. Encuentre el trabajo neto realizado por 2 kg de aire si los procesos son:  
     La información necesaria es ,  y  Dibuje el ciclo en un diagrama p-V. Considere: M = 28,97 g/mol.[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

Rpta: 105 kJ

1. Para el ciclo de la figura, encuentra la salida de trabajo y la transferencia de calor neta si el 0,1 kg de aire está contenido en un mecanismo de pistón y cilindro.

[pic 13]

Rpta: 77.1 kJ

1. Si 0,03 kg de aire experimentan el ciclo que se ve en la figura (un mecanismo de pistón y cilindro), calcule la salida de trabajo. [pic 15][pic 14]

Rpta: 4,014 kJ

1. Una máquina de Carnot opera entre depósitos a 20ºC y 200ºC. Si se produce 10 kW de potencia, encuentre la potencia rechazada.

Rpta: 16,3 kJ/s.

1. Un refrigerador de Carnot requiere 10 kW para eliminar 20 kJ/s de un depósito de 20ºC. Hallar la temperatura del depósito de alta temperatura.

Rpta: 439,5 K

1. Una bomba de calor debe proporcionar 2 000kJ/h a una casa que se conserva 20ºC. Si en el exterior hay -20ºC, ¿cuál es el mínimo de energía eléctrica requerido?

Rpta: 316,20 kJ/h

1.  Un kilogramo de aire se calienta en un recipiente rígido de 20ºC a 300ºC. Hallar el cambio de entropía. Considere al aire como diatómico.

Rpta: 0,48 kJ/K

[pic 16]

1. Una máquina de Carnot opera con aire con el ciclo que muestra la figura. Si hay 30 kJ/kg de calor agregados desde el depósito de alta temperatura mantenido a 200ºC, hallar el trabajo producido.

Rpta: 28,7 kJ/kg

1. Dos kilogramos de un gas se comprimen de 120 kPa y 27 ºC a 600 kPa en un recipiente rígido. Calcule el cambio de entropía si el gas es. a) aire y b) nitrógeno.

Rpta: 2,31 y 2.40 kJ/K

1. Dos refrigeradores de Carnot operan en serie entre dos depósitos que se conservan a 20ºC y 200ºC, respectivamente. La salida de energía del primer refrigerador se usa como la entrada de energía térmica para el segundo refrigerador. Si los coeficientes de los dos refrigeradores son iguales, hallar la temperatura intermedia.

Rpta: 99 ºC

1. Una máquina térmica opera en un ciclo de Carnot con una eficiencia de 75%. ¿Qué coeficiente de operación tendría un refrigerador que opera en el mismo ciclo? La temperatura baja es 0ºC.

Rpta: 0,333.

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