684234082 2 Ley De T

• Un ciclo de Carnot es un ciclo teórico de máquina de calor que consiste en dos isotermas y dos adiabatas. Su eficiencia es la más alta que cualquier máquina de calor podría alcan- zar, operando entre dos extremos de temperatura. La eficien- cia de un ciclo de Carnot es
Tc
p 1

Adiabata
(compresión)

4


Q h
Isoterma Th

2

Adiabata
eC = 1 -
Th
(12.15)

Isoterma Tc
Qc(expansión)

3
V
Volumen





Ejercicios*

Los ejercicios designados OM son preguntas de opción múltiple; los PC son preguntas conceptuales; y los EI son ejercicios integrados. A lo largo del texto, muchas secciones de ejercicios incluirán ejercicios “apareados”. Estos pa- res de ejercicios, que se identifican con números subrayados, pretenden ayudar al lector a resolver problemas y aprender. Elprimer ejercicio de cada pareja (el de número par) se resuelve en la Guía de estudio, que puede consul- tarse si se necesita ayuda para resolverlo. El segundo ejercicio (de número impar) es similar, y su respuesta se da al final del libro.


9. PC En un diagrama p-V, dibuje un proceso cíclico que con- sista en una expansión isotérmica, seguida de una compre- sión isobárica y de un procesoisométrico, en ese orden.

10. PC En la ▼ figura 12.20, el émbolo de una jeringa se em- puja rápidamente y se queman los trocitos de papel en el interior. Explique este fenómeno utilizando la primera ley de la termodinámica. (Asimismo, no hay bujías en los motores diesel. ¿Cómo puede encenderse la mezcla aire- combustible?)













> FIGURA 12.20 Jeringa de fuego Véase el ejercicio 10.

11. PCComente el calor, el trabajo y el cambio de energía in- terna de su cuerpo cuando juega un partido de baloncesto.

12. PC En un proceso adiabático, no hay intercambio de ca- lor entre el sistema y el ambiente; pero cambia la tempe- ratura de un gas ideal. ¿Cómo puede ser eso? Explique.

13. PC Un gas ideal, que inicialmente está a temperatura To, presión po y volumen Vo, se comprime a la mitad desu volumen inicial. Como se muestra en la ▼figura 12.21, el proceso 1 es adiabático, el 2 es isotérmico y el 3 es isobá- rico. Ordene el trabajo efectuado sobre el gas durante los tres proceso, de mayor a menor, y explique cómo hizo el ordenamiento.



p
20. ●● Un competidor olímpico en halterofilia levanta 145 kg una distancia vertical de 2.1 m. Al hacerlo, su energía in- terna disminuye en6.0 104 J. Para su cuerpo, ¿cuánto calor fluye y en qué dirección?

21. EI ●● Un gas ideal se somete a los procesos reversibles que se muestran en la ▼ figura 12.22. a) ¿El cambio total de energía interna del gas es 1) positivo, 2) cero o 3) nega- tivo? ¿Por qué? b) En términos de las variables de estado p y V, ¿cuánto trabajo efectúa el gas o se efectúa sobre él y c) cuánto calor neto setransfiere en el proceso total?


1

2
po To
3

p
(2 , 1 )
1 2 1



(2p1, V1)

O Vo
2
Vo V

(p1, V1)

▲ FIGURA 12.21 Procesos termodinámicos
Véase el ejercicio 13.


14. EI ● Un recipiente rígido contiene 1.0 moles de un gas ideal que recibe lentamente 2.0 104 J decalor. a) El tra- bajo efectuado por el gas es 1) positivo, 2) cero o 3) nega- tivo. ¿Por qué? b) ¿Cómo cambia la energía interna del gas?

15. EI ● Una cantidad de gas ideal pasa por un proceso cícli- co y efectúa 400 J de trabajo neto. a) La temperatura del gas al término del ciclo es 1) mayor, 2) igual o 3) menor que cuando comenzó. ¿Por qué? b) ¿Se añade o quita ca- lor al sistema, y de cuántocalor estamos hablando?

V
Volumen


▲ FIGURA 12.22 Diagrama p-V para un gas ideal
Véase el ejercicio 21.


22. ●● Una cantidad fija de gas experimenta los cambios re- versibles ilustrados en el diagrama p-V de la ▼ figura
12.23. ¿Cuánto trabajo se efectúa en cada proceso?



p

16. ● Durante un partido de tenis, usted perdió 6.5 105 J de calor, y su energía interna también disminuyó...