problemas

FÍSICA APLICADA Y FISICOQUÍMICA
Grupos 2, 3, 5 y

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PROBLEMAS
Curso 2008/2009

Departamento de Química Física
Facultad de Farmacia
Universidad de Sevilla

TEMA 1: Conceptos básicos
1.- La atmósfera de presión estándar es la fuerza por unidad de área que ejerce una
columna de mercurio de 760 mm, cuya densidad es de 13.595 g cm-3. Si la aceleración de
la gravedad es de 9.80665 ms-2, calcule la presión de una atmósfera en kPa.
Sol: 101.324 kPa
2.-Calcule el número de moléculas de un gas ideal que hay por cm3 en un recipiente a 298
K cuando la presión en el mismo es de: a) 1 atm, b) 10-6 Torr y c) 1.3 10-9 Pa.
Sol: a) 2.5 1019 moléculas cm-3, b) 3.2 1010 moléculas cm-3 y c) 3.1 105 moléculas cm-3.
3.- La constante de los gases, R, vale 0.082 atm l K-1 mol-1. Obtenga elvalor de dicha
constante en: a) J K-1 mol-1 y b) cal K-1 mol-1.
Sol: a) 8.3 J K-1 mol-1 y b) 1.98 cal K-1 mol-1.
4.- El coeficiente de expansión térmica, α, está definido por
α = ( 1/V ) ( δV / δT )P
y el coeficiente de compresibilidad, κ, por
κ = - ( 1/V ) ( δV / δP )T
Obtenga las expresiones de α y κ para un gas ideal y compruebe que se cumple la
siguiente relación: ( δP / δT )V = α / κ.Sol: 1 / T y 1 / P.
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TEMA 2: Primera ley de la Termodinámica.
1.-Un inventor sostiene haber desarrollado un motor en el que una substancia realiza una
evolución cíclica. En la primera mitad del ciclo absorbe 1000 cal. En la segunda mitad
cede 300 cal y realiza un trabajo de 4000 J. ¿Se cumple el primer principio de la
termodinámica?.
Sol: No
2.- Un mol de un gas ideal monoatómicorecorre un ciclo reversible, según las etapas:
1→2→3→1. a) Dibuje el ciclo en un diagrama V-T, sabiendo que:
Estado
1
2
3

P/atm
1
-

V/l
24.4
24.4
12.2

T/K
298
596
298

b) Rellene los espacios en blanco con el valor de las distintas magnitudes. (cv=3/2R; tome
R=2 cal / K mol)
Etapa Proceso
1→2 V=cte
2→3 P=cte
3→1 T=cte
Sol:

q/cal w/cal

V= cte.
894
0
P= cte. -1490595
T= cte.
413 -413

∆E(U)/cal ∆H/cal

894
-894
0

1490
-1490
0

3.- Calcule Q, W, ∆E(U) y ∆H para la transformación de 2 moles de un gas ideal desde 10
l a 10 ºC hasta 60 l a 60 ºC, para cada uno de los dos caminos siguientes:
a) Se calienta a V=cte. hasta 60 ºC y, seguidamente, se expansiona reversiblemente a
temperatura constante hasta 60 l.
b) Expansión isoterma reversiblehasta 60 l, seguida de calentamiento a volumen constante
hasta 60 ºC. Datos: cv = 230.1 J K-1mol-1.
Sol: a) 32.9 kJ, -9.92 kJ, 23.0 kJ, 23.8 kJ, b) 31.4kJ, -8.43 kJ, 23.0 kJ, 23.8 kJ.
4.- Calcule el trabajo realizado al comprimir isotérmica y reversiblemente 1.79 moles de
nitrógeno desde una presión 1.013x105 Nm-2 hasta 20.265x105 Nm-2 a la temperatura de
298 K. Calcule el trabajo efectuadopor el gas en su expansión isotérmica al volver a su
estado inicial contra una presión constante de oposición de 1.013x105 Nm-2. Suponga que
el nitrógeno se comporta como gas ideal.
Sol: 13.3 kJ; - 4.2 kJ
5.- Calcule q,w,∆U,∆H cuando un mol de un gas ideal experimenta cada uno de los
siguientes procesos: a) una expansión reversible isobárica desde 1 atm y 20 dm3 hasta
40 dm3; b) un procesoreversible e isocórico desde 1 atm y 40 dm3 hasta 0,5 atm; c) una
compresión reversible isotérmica desde 0,5 atm y 40 dm3 hasta 1 atm y 20 dm3.
Represente cada proceso en el mismo diagrama P-V. Datos: Cm,v=2,5R
Sol: a) 7.1kJ; -2.03kJ; 5.07kJ; 7.1kJ, b) -5.07kJ; 0; -5.07kJ; -7.10kJ
c) -1.4kJ; 1.4kJ; 0;
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6.- Dos moles de gas H2 en condiciones normales se comprimen adiabática yreversiblemente hasta ocupar 10 litros. ¿Cuál será la presión final y la temperatura final?
¿Y si la compresión se realizara adiabática e irreversiblemente contra una presión exterior
constante de 8.16 atm?. Datos: c p = 7R/2. Suponga que el hidrógeno se comporta como
gas ideal.
Sol: a) 8.16 atm, 498 K; b) 831.9 K
7. Un litro de gas ideal, cv = 3/2 R, a 1 atm y 273 K se expansiona reversiblemente hasta...