Termodinámica FGE 1

Termodinámica FGE 1
Ejercicio 1 (RHK cap25, ej. 16) R
¿Qué masa de vapor a 100 º C debe mezclarse con 150 g de hielo a 0 ºC, en un recipiente térmicamente
aislado, para producir agua líquida a 50 º C?
Ejercicio 2 (RHK cap25, ej. 17) R
Una persona prepara una cantidad de té helado mezclando 520 g de té caliente (esencialmente agua) con una
masa igual de hielo a 0 º C. ¿Cuáles son la temperatura final y la masa de hielo restante si el té caliente está
inicialmente a una temperatura de:
(a) 90.0 º C y (b) 70.0 º C?
Ejercicio 3 (RHK cap25, ej. 18) E
(a) Dos cubos de hielo de 50 g cada uno se dejan caer en 200 g de agua en un vaso. Si el agua estaba
inicialmente a una temperatura de 25 º C, y el hielo venía directamente de un congelador a –15 ºC,
(a), ¿cuál sería la temperatura final de la bebida?
(b) Si sólo se hubiera usado un cubo de hielo en Desprecie la capacidad calorífica del vaso.
Ejercicio 4 (RHK cap25, ej. 27) E
Una muestra de 4.34 mol de un gas diatómico ideal experimenta un aumento de temperatura de 62.4 K bajo
condiciones de presión constante.
(a) ¿Cuánto calor se añadió al gas?
(b) ¿En cuánto aumentó la energía interna del gas? (Téngase en cuenta la ecuación Eint =
N(5/2kT) = 5/2nRT (gas diatómico))
(c) ¿En cuánto aumentó la energía cinética interna de traslación delgas?
Ejercicio 5 (RHK cap25, ej. 32) E
Un gas encerrado en una cámara pasa por el ciclo mostrado en la figura. Determine el
calor neto añadido durante el proceso CA si QAB =20 J, QBC = 0 y WBCA = – 15 J.
Ejercicio 6 (RHK cap25, ej. 39) E
Cuando un sistema se lleva del estado inical i al
estado final f a lo largo de la trayectoria iaf en la figura, se encuentra
que el calor que recibe el sistema es Q = 50 J, siendo W = – 20 J el
trabajo que el sistema entrega a los alrededores. A lo largo de la
trayectoria ibf, Q = 36 J.
(a) ¿Qué valor tiene el trabajo a lo largo de la trayectoria ibf?
(b) Si en el proceso “curvo” fi el sistema recibió 13 J de trabajo, ¿cuánto calor intercambió el sistema con el
ambiente?
(c) Considere que la energía interna del sistema en el estado inicial es Eint,i = 10 J. ¿Cuánto vale la
energía interna en el estado final ?
(d) Si la energía interna en el estado b es Eint,b = 22 J, halle el calor intercambiado por la sustancia con el
entorno en el proceso ib y en el proceso bf.
Ejercicio 7 (RHK cap25, ej. 41) E
Sea 20.9 J el calor añadido a determinado gas ideal. Como resultado, su volumen cambia de 63.0 a 113 cm3
mientras que la presión permanece constante a 1.00 atm.
(a) ¿En cuánto cambió la energía interna del gas?
(b) Si la cantidad de gas presente es de 2.00 x 10-3 mol, halle la capacidad calorífica molar a presión
constante.
(c) Halle la capacidad calorífica molar a volumen constante.
Problema 8 (RHK cap25, ej. 43)
Una máquina lleva 1.00 mol de un gas monoatómico ideal alrededor del ciclo
mostrado en la figura. El proceso AB tiene lugar a volumen constante, el
proceso BC es adiabático y el proceso CA tiene lugar a presión constante.
(a) Calcule el calor Q, el cambio en la energía interna DEint y el trabajo W para cada uno de los tres procesos
y para el ciclo total.
(b) Si la presión inicial en el punto A es de 1.00 atm, halle la presión y el volumen en los puntos B y C.
Use: 1 atm = 101.3 KPa y R = 8.314 J/mol K
Problema 9 PP
Una máquina Diesel ideal (ver ciclo de la figura) tiene una relación de compresión (V1/V2) de 20 y, aunque
parte del ciclo emplea una mezcla de aire y aceite (diesel) emulsionado en
pequeñas gotas, se puede considerar que el fluido de trabajo es básicamente aire.
El estado del aire al principio del proceso de compresión (estado 1) es 95 kPa y
20ºC. Si la temperatura máxima del ciclo es de 2200 K, determine el trabajo
entregado en un ciclo y el calor que el sistema recibe (en el proceso de 2 a 3,
llamado proceso de ignición) y el calor que el sistema entrega (en el proceso de 4
a 1, correspondiente a la expulsión de gases y admisión de una nueva cantidad de
aire). El trabajo y los calores se deberán calcular para un kmol de fluido.
Problema 10 PP . El carbón produce 7 000 kcal/kg cuando se quema ¿Cuánto
carbón se necesitar para calentar una casa que requiere de 5.3 x lo? kcal durante todo el invierno?
Suponga que 30% del calor se pierde por la chimenea.
Problema 11 PP Se prueba una bala de plomo de 15 g disparándola hacia un bloque fijo de madera que
posee una masa de 1.25 kg. Si la bala y el bloque juntos absorben toda la energía calorífica generada y,
después de alcanzar el equilibrio térmico, el sistema sufre un aumento de temperatura de 0.2 ºC, estime la
velocidad de entrada de la bala.
Problema 12 PP Una caja cúbica de 4.5 x 10-2 m3 se llena con aire a. presión atmosférica a 20ºC: Si la caja
se cierra y se calienta a 180 ºC, ¿Cuál será la fuerza neta en cada una de sus caras?
Problema 13 PP Calcule la velocidad rms (cuadrática media) de los átomos de helio cerca de la superficie del
Sol, a una temperatura aproximada de 6 000 K. ¿Si el sol tiene un Radio R= 6.96 x10 m y una masa m=1.99
x1030 Kg, como se compara la velocidad térmica con la velocidad de escape de la misma (la velocidad de
escape, es la que hace que la energía total = Cinética + Potencial sea igual a cero, ¿Por qué? Ep=G m1*m2/r2
, con G=6.67 x 10-11N.m2/kg2).
Problema 14 PP Si la diferencia de temperatura T entre un objeto y su medio ambiente no es
demasiado grande, la rapidez de enfriamiento o calentamiento del objeto, es aproximadamente
proporcional T.
Suponiendo que la temperatura del medio permanece constante(*), escriba la ecuación diferencial
que relaciona la diferencia de temperaturas y su rapidez de cambio. Halle la ley de enfriamiento (o
calentamiento), es decir T en función del tiempo. A esta ley se le llama ley de Newton del
enfriamiento. (*) Esto significa que la masa del ambiente es mucho mayor que la masa del sistema.
Problema 15 PP La siguiente tabla se obtuvo midiendo directamente la temperatura y el tiempo, de
una muestra de agua que se encontraba inicialmente hirviendo.
t (seg.) T (ºC) t (seg.) T (ºC) t (seg.) T (ºC) t (seg.) T (ºC)
0
98,4
25
65,1
100
50,3
700
26,5
5
76,1
30
63,9
150
43,7
1000
26,1
10
71,1
40
61,6
200
38,8
1400
26.0
15
67,7
50
59,4
300
32,7
2000
26,0
20
66,4
70
55,4
500
27,8
3000
26,0
Utilice una variación de la ley obtenida en el problema anterior y halle la dependencia temporal de la
“constante” de proporcionalidad que aparece en la ecuación diferencial. Obtenga así una ley
empírica de enfriamiento