Boletín 10

Departamento de Física Aplicada III
Escuela Superior de Ingenieros
Camino de los Descubrimientos s/n
41092 Sevilla
Fı́sica II
Tema 10: Gases Ideales
Grado en Ingenierı́a de Tecnologı́as Industriales. Primer Curso. Curso 2010/2011
10.1.- El comportamiento del gas butano se ajusta, dentro de ciertos lı́mites, a la ecuación
de Van der Waals:
(
)
a
P + 2 (V − b) = nRT
V
siendo, en este caso, a = 14,5 atm · l2 y b = 0,122 l. 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 27◦ C . Comparar con el resultado que darı́a
la ecuación de los gases ideales.
Solución: Ecuación de Van der Waals: 819.9 J; Ecuación gases ideales: 1011.3 J.
10.2.- Las condiciones iniciales del estado de un gas perfecto son: V = 4 l, P = 2 atm, y
t = 27 ◦ 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.
Solución: 314 J.
10.3.- 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, el calor absorbido y la variación de
energı́a interna en los siguientes casos: a) Expansión isoterma; b) Expansión adiabática.
Solución: a) Q = −W = 6,7 · 106 J, ∆U = 0; b) Q = 0, W = ∆U = −2,7 · 106 J.
10.4.- Se comprime un mol de aire en condiciones normales 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.
Solución: a) Tf inal = 223,9 K; b) W = 553,75 J. ; c) Q = −1573,3 J. ; d) ∆U = −1019,6 J.
10.5.- 4 moles de nitrógeno están a 25◦ 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.
Solución: a) Tf inal = 241,24 K; b) ∆U = −1136,0 cal c) W = −1136,0 cal = −4,75 · 103 J.