ejercicios fisica dinamica

Curso de Física General. Parte 2
Problemas resueltos Termodinámica
1. Gases
3

3

o

Ejemplo 1. El Sn blanco (D = 7.28 g/cm , µ = 118.7 g) se transforma en gris (D = 5.75 g/cm ) para T = 13 C y 1
atm de presión. ¿Cual es el trabajo molar realizado por el Sn, expresado en Joules, durante la transformación?
Resolución:
Wrev = _ pdV = p∆V = p(V2 - V1)
Sustituyendo V = m/D = nµ/D;
W/n =118.7 x 1 x {(1/5.75)-(1/7.28)}
3
W/n = 4.34 atm/cm
Sustituyendo para llevar a Joules;
W/n = 4.34 x 1013.25 x 10 x 10-6 Pa.m
W/n ≅ 0.44 Joules
2

3

El trabajo es positivo. Significa que durante la transición el Sn se expande (pasa de una fase mas densa a otra
menos densa). En caso contrario el trabajo sería negativo.

Ejemplo 2. ¿Cual será la lectura del manómetro en la figura 1.7si V1 = 0.4 litros, T1 = 400 K, V2 = 4 litros, T2 =
300 k y el recipiente contiene un mol de gas? No tome en cuenta el gradiente de temperaturas a lo largo del tubo
de unión.

T1

T2

Resolución:
En el equilibrio p1 = p2 = p . Por tanto, aplicando la ecuación de estado del gas ideal;
n1T1 /V1 = n2T2 /V2
Llamando nt al número total de moles; n1 = nt - n2. Sustituyendo arriba y agrupando;nt (T1 /V1) = n2{(T1 /V2) + (T2 /V2)}
nt
n2 =
T2 V1
1+
T1 V2
p = p2 =n2RT2/V2
Sustituyendo y agrupando se llega a:
nt R
p=
V2 T2 + V1 T1

p=

0.082
4 300 + 0.4 400
p = 5.86 atm

o

Ejemplo 3. Dos balones A y B con O2 y NO2 a 27 C se conectan mediante un tubo. Inicialmente:
Gas
Vo (ml)
po (atm)
A
O2
500
1
B
N2
1500
½
Calcular: a) Presión total; b) presión parcial decada gas; c) Fracción molar de O2 en la mezcla.

Resolución:

Dr. A. González Arias, Dpto. Física Aplicada. UH. arnaldo@fisica.uh.cu

Problemas resueltos Termodinámica, pag. 1

a)
pT = pA + pB = nART/V + nBRT/V
nA y nB se determinan a partir de las condiciones iniciales
nA = poAVoA/RT ; nB = poBVoB/RT
Sustituyendo:
p = ( poAVoA + poBVoB)/(VA + VB)
p = (1xO.5 + 0.5x15)/2
p = 0.625atm.
b)

c)

p(O2) = n(O2)RT/V = ( poAVo A)/(VA + VB)
p(O2) = 1x0.5/2
p(O2) = 0.25 atm
p(N2) = poBVoB/(VA + VB)
p(N2) = 0.75/2
p(N2) = 0.375 atm
x(O2) = p(O2)/p = 0.25/0.625
x(O2) = 0.4

Problemas propuestos gases
1.1 El coeficiente de expansión térmica α se define como α = (1/V)(dV/dT)p y el de compresibilidad como
(1/V)(dV/dp)T . Calcule α y k para un gas ideal. ¿Cuales son susdimensiones en cada caso?
o

κ=o

1.2 Aire seco a temperatura ambiente (27 C) se inyecta por el extremo de un horno que se encuentra a 1200 C, a
razón de 200 ml/min. Si la cámara del horno tiene un volumen de 5 litros y el aire caliente sale por el otro extremo.
¿Que tiempo tarda en renovarse totalmente el aire dentro del horno?
1.3 En un recipiente cerrado, lleno de aire en condicionesnormales, se inyecta éter dietílico (C2H5OC2H5). Al
volatilizarse todo el éter, la presión dentro del recipiente alcanza un valor de 1050 Torr. ¿Que cantidad de éter se
inyectó en el recipiente, si la capacidad de éste es de 2 litros?
o

1.4 Un balón portátil suministra oxígeno en un hospital a la temperatura ambiente de 27 C, de manera que su
7
6
manómetro varía de 10 Pa hasta 2.5 x 10 Pa enel transcurso de un día. Si inicialmente el balón tenía 1 kg de gas,
¿qué masa de oxígeno se sacó del balón?
3

-3

1.5 Calcule el número de moléculas que hay en el gas contenido en un volumen de 1 cm a una presión de 10 atm,
a 200 K.
-6

1.6 Las bombas mecánicas de difusión permiten alcanzar presiones de 10 mm de Hg. Si se tiene un recipiente de
o
un litro con N2 a esta presión, a 25C; a)¿cual es la densidad del gas?; b)¿cuantas moléculas hay en el recipiente?
1.7 Se desea almacenar una mezcla compuesta de 0.1 gr de H2 (µ = 2 g) con 0.28 g de N2 (µ = 28 g) de manera que
o
la presión sea de 760 mm de Hg a 27 C. a)¿Cual debe ser el volumen del recipiente? b)¿Cuál será la densidad del
gas en esas condiciones? c) ¿Cual será la presión parcial de H2 en el recipiente?
o...