Problemas de 1era ley de la termodinamica con respuestas

Termodinámica                                                                    Dra. Luisa Piroshka Terrazas  Bandala

PROBLEMAS 1er LEY DE LA TERMODINAMICA

ISOTÉRMICOS

1. Se expanden isotérmicamente 800 fts3 de aire, medidos a 80°F y 600 psi, muy, muy, muy lentamente (reversiblemente, hasta que la presión disminuye a 200 psi, ¿cuál será el valor del calor, trabajo, cambio de entalpía y cambio de energía interna?

 (Respuesta: q=102,965 kJ, w=-102,965 kJ, ΔU=0, ∆H=0).

1. Si 0.15 moles de metano se comprimen reversible e isotérmicamente desde una presión inicial de 5 atm hasta que esta se duplica. ¿cuáles es el valor de q, w, ΔU y ∆H? si la temperatura de compresión es de 150 °C.

(Respuesta: q=-365.65J, w=365.65J, ΔU=0, ∆H=0).

1. Helio a 100°C y 7 atm se expanden isotérmica y reversiblemente hasta que la presión es de 3.5 atm. Si el volumen inicial es de 200 L, ¿cuál será el valor de ΔU, ∆H, q y w, del proceso? 

(Respuesta: q=98,330 J, w=-98,330 J, ΔU=0, ∆H=0).

1. Un gas ideal contenido dentro de la cámara de un pistón se expande de 275ml a 600 ml a una temperatura constante de 350 K, hasta igualar a la presión exterior de 3 atm. Determina el trabajo realizado por el gas al expandirse contra la presión externa de forma reversible e isotérmica, y determina cuál hubiese sido el trabajo si el gas se expandiera cambiando su temperatura y manteniendo una presión constante.

 (Respuesta: wrev= -142.295 J , wPconstante=-98.792J).

ISOTÉRMICO CON CAMBIO DE FASE

1. Un mol de Agua líquida se evapora para forma vapor de agua a 100°C, a una presión de 1 atm. Si sabemos que el calor latente de vaporización del agua es de 540 cal/g, y la densidad del agua a 100°C es de 0.9588 g/cm3. Determina ΔU, ∆H, q y w, del proceso si consideras que el vapor de agua se comporta como gas ideal.

(Respuesta: q=-40,668 J, w=-3,098.6 J, ΔU=37,569 J, ∆H=40,668 J).

1. Para sublimarse a 25°C y 1 atm, el Dióxido de Carbono requiere de 573.4 J/g. Determina ΔU, ∆H, q y w para la sublimación de 10 g de CO2.

(Respuesta: q=5,734 J, w=-563 J, ΔU= 5,171 J, ∆H= 5,734 J).

1. 3 moles de Etanol Absoluto se evaporan a 78.37°C, a una presión de 1 atm. Si sabemos que el calor latente de vaporización del etanol es de 838.3 J/g, y la densidad del etanol es de 789 Kg/m3. Determina ΔU, ∆H, q y w, del proceso si consideras que el etanol gaseoso se comporta como gas ideal.

(Respuesta: q=115,685.4 J, w=-8,746 J, ΔU= 106,940 J, ∆H= 115,685.4 J).

ISOMÉTRICO

1. Si 2.5 Kg de Helio, considerado como gas ideal se calientan dentro de un calorímetro de bomba de 3L desde 50°C hasta que su presión se duplica.

1. determinar para este proceso: Calor, trabajo, cambio de energía interna y cambio de entalpía.
2. Si el gas fuera Neón determina: Calor, trabajo, cambio de energía interna y cambio de entalpía.

Respuesta: a) q=2,517 kJ, w=0, ΔU= 2,517 kJ, ∆H= 4,195 kJ

1. q= 499 kJ, w=0, ΔU= 499 kJ, ∆H= 831.6 kJ

1. Dos moles de un gas ideal diatómico se enfrían dentro de una cámara rígida de 750 ml desde 350 K hasta 298 K. Determina, el cambio de energía interna, el cambio en la entalpía, el calor y el trabajo asociado al proceso.

Respuesta: q=-2,161.12J, w=0, ΔU= -2,161.12 J, ∆H= -3,026 J

1. Se tienen 1,500 g de Butano considerado como gas ideal, en una cámara rígida de 20 L. ¿cuál será el cambio de temperatura del gas, si ingresan al sistema 500 kJ en forma de calor. (Para un gas ideal lineal CV= (7/2) R )

Respuesta: ΔT=664.45 K

ISOBÁRICO

1. 0.01 moles de gas ideal monoatómico contenido dentro de la cámara de un pistón, se expande desde un volumen inicial de 50 ml, hasta un volumen final de 250 ml al recibir energía en forma de calor. Si la temperatura inicial era de 25°C y la presión permanece constante durante todo el proceso, determinar: Temperatura final, calor, trabajo, cambio de energía interna y cambio de entalpía.

Respuesta: Tfinal=1,490 K, q=247.7 J, w=-99 J, ΔU= 148.6 J, ∆H= 247.7 J

1. 300 g de vapor de agua, son calentados a presión atmosférica constante desde 100°C hasta 121°C. Determina el calor necesario y el cambio de energía interna del vapor.

Respuesta:  q=12,652  J, w=-2,917 J,  ΔU=9,735 J

1. Un globo de 1 Litro lleno de aire, a SATP, es enfriado dentro de un congelador hasta -20 °C. Determina: el volumen final, el cambio de energía interna del globo.

Respuesta: q=-53.69 J, w=15.3 J, ΔU=-38.38 J

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