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Guía de Ejercicios 2: Termodinámica

Ejercicio 1.- Una máquina de vapor opera entre 150 y 30 °C y realiza 1000 joules de trabajo. ¿Cuál es la cantidad mínima de calor que debe sacarse desde lafuente térmica con el fin de realizar ese trabajo?. ¿Cuál de las siguientes opciones dará el mayor aumento en la eficiencia de la máquina: (a) Un aumento ∆T en la temperatura de la fuente a altatemperatura, (b) Una disminución ∆T en la temperatura de la fuente a baja temperatura. (Respuesta: Calor mínimo extraído = 3525 joules ; eficiencia (a) = [ (T2 – T1) + ∆T] / (T2 + ∆T) ; eficiencia (b) = [(T2 – T1) + ∆T] / T2 ; eficiencia (b) > eficiencia (a) ) Ejercicio 2.- El estado inicial de un mol de gas ideal es P = 10 atm y T= 300 °K. Si el gas disminuye su presión hasta 1 atm, calcule elcambio de entropía si el proceso se realiza: (a) isotérmicamente, (b) adiabática y reversiblemente y (c) a volumen constante. (Respuesta : (a)19,14 joules/°K, (b) cero, (c) -28,62 joules /°K)

Ejercicio3.- Un mol de gas ideal se somete a la siguiente serie de pasos: (a) Comenzando a 300 ºK y a 10 atm, el gas se expande libremente en el vacío hasta triplicar su volumen, (b) después el gas se calientehasta 400 ºK a volumen constante, (c) luego se expande isotérmica y reversiblemente hasta que su volumen se triplica nuevamente y (d) finalmente el gas se enfría reversiblemente hasta 300 ºK apresión constante. Calcule ∆U, ∆H, q, w y ∆S en el gas. (Respuesta : ∆U = 0, ∆H = 0, q = w = 2322 joules y ∆S = 15,88 joules/°K)

Ejercicio 4.- Desde 298 °K hasta su temperatura de fusión de 1048 °K, lacapacidad calórica molar a presión constante del RbF esta dada por : Cp = 7,97 + 9,2.10-3T + 1,21.105T-2 [calorías/°K]

y desde su temperatura de fusión hasta 1200 °K su capacidad calórica molar apresión constante esta dada por : Cp = -11,30 + 0,833.10-3T + 350,7.105T-2 [calorías/°K]

A su temperatura de fusión el calor molar de fusión del RbF es de 6300 calorías. Calcule el aumento de...