Gases ideales

Departamento de Física Aplicada III
Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Camino de los Descubrimientos s/n
41092 Sevilla
GRADO EN INGENIERÍA CIVIL
PROBLEMAS DE FÍSICA. CURSO 2010-11
Gases ideales
1 El comportamiento del gas butano se ajusta, dentro de ciertos lı́mites, a la ecuación de Van der
Waals:
an2
P + 2 (V − n b) = n R T,
V
siendo, en este caso, a = 14.5 atm · L2 /mol2 y b = 0.122 L/mol. Calcular el trabajo realizado por un
mol de gas butano, considerándolo como gas de Van der Waals, al expansionarse cuasiestáticamente
desde 2 L hasta 3 L, a la temperatura de 27o C. Comparar con el resultado que darı́a la ecuación de
los gases ideales.
Sol.- Ecuación de Van der Waals: 819.9 J; Ecuación de los gases ideales: 1011.3 J.
2 Las condiciones iniciales del estado de un gas perfecto son: V = 4L, P = 2 atm, y T = 27o C.
Se dilata el gas a presión constante hasta duplicar su volumen. Se comprime isotérmicamente, a
continuación, hasta recuperar el volumen inicial. Finalmente se enfrı́a a volumen constante hasta su
presión inicial. Calcular el trabajo realizado sobre el gas en el ciclo suponiendo que los procesos son
cuasiestáticos.
Sol.- 314 J.
3 Un gas ideal monoatómico ocupa un volumen de 4 m3 a la presión de 8 atm y a la temperatura de
400 K. El gas se expande hasta la presión final de 1 atm mediante un proceso cuasiestático. Calcular
el trabajo realizado sobre el gas, el calor absorbido y la variación de energı́a interna en los siguientes
casos: a) Expansión isoterma; b) Expansión adiabática.
Sol.- a) Q = −W = 6,7 · 106 J; ΔU = 0; b) Q = 0; W = ΔU = −2,7 · 106 J.
4 Se comprime un mol de aire en condiciones normales (0o C y 1 atm) mediante un proceso isotermo
hasta reducir su volumen a la mitad, luego se expande por vı́a adiabática hasta su presión inicial.
Ambos procesos son cuasiestáticos. Hallar: a) Temperatura final; b) El trabajo total realizado sobre
el gas; c) El calor total absorbido por el gas; d) La variación de energı́a interna.
Sol.- a) Tfinal = 223,9 K; b) W = 553,75 J; c) Q = −1573,3 J; d) ΔU = −1019,6 J.
5 4 moles de nitrógeno están a 25o C y 30 atm. Se pasa bruscamente la presión a 10 atm mediante
una expansión adiabática del gas contra una presión exterior constante de 10 atm. Calcule: a) La
temperatura final del gas suponiendo que se comporta como un gas ideal durante la expansión; b)
La variación de energı́a interna; c) El trabajo realizado sobre el gas.
Sol.- a) Tfinal = 241,24 K; b) ΔU = −1136,0 cal c) W = −1136,0 cal.
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