termodinamica

física conceptual
y la física aplicada

Entre la

MétodoIDEA

T ermodinámica
Félix A. Gutiérrez Múzquiz

Termodinámica

Entre la Física Conceptual y la Física Aplicada

Contenidos
1. PRIMERA LEY DE LA TERMODI ÁMICA
2. TIPOS DE PROCESOS
3. SEGU DA LEY DE LA TERMODI ÁMICA

2

... 3
... 6
... 9

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Entre la Física Conceptual y la Física Aplicada

1. PRIMERALEY DE LA TERMODINÁMICA

1. Quemando un pastel
Un estudiante de 60 kg de masa desea comerse un pastel de nata de 900 calorías y luego
subir corriendo varios tramos de escaleras para quemar la energía que ingirió. ¿A qué altura debe
ascender?

2. Gráfica pV en un proceso cíclico
La animación corresponde a una gráfica presión-volumen para un proceso cíclico, en el que
los estados final einicial coinciden. El proceso se inicia en el estado A y el sistema evoluciona
hasta el estado B según la curva inferior; después, el sistema vuelve al estado B según la curva
superior. El trabajo total realizado vale 750 J.
[a] ¿Por qué el trabajo es positivo?
[b] Calcula la variación de la energía interna del sistema y el calor intercambiado.
p

A
pA
Wciclo = 750 J
pB

B

V
O

VAVB

3

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3. Dos en uno
La gráfica presión-volumen de la figura muestra una serie de procesos termodinámicos. En
el proceso AB, se suministra 150 J de calor al sistema y en el proceso BD el sistema absorbe 600 J
de calor.
[a] ¿Cuál es la variación de la energía interna del sistema en el proceso AB?
[b] ¿Y en el procesoABD?
[c] Halla el calor intercambiado en el proceso ACD.

p (atm)
4

B

D

3
2
1

A

C
1

2

3

V (dm³)

4. Alcohol en ebullición
Un gramo de un alcohol (1,25 cm³) se convierte en 1500 cm³ de vapor cuando se hierve a
la presión constante de 1 atm (1,013—105 Pa). El calor de vaporización a esta presión es de
8,54—105 J/kg. Calcula:
[a] el trabajo realizado por elalcohol al cambiar de estado;
[b] la variación de su energía interna.

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5. Preguntas para pensar
Contesta a las preguntas que vayan apareciendo a continuación.
I. No es correcto decir que un cuerpo contiene cierta cantidad de calor; no obstante, un cuerpo puede
transferir calor a otro. ¿Cómo puede un cuerpo ceder algo que notiene?
II. Si te dan los estados inicial y final de un sistema y el correspondiente cambio de energía interna,
¿podrías determinar si dicho cambio se debe a trabajo o a transferencia de calor? Explica la contestación.
III. Cuando se derrite el hielo a 0 ºC, su volumen disminuye. El cambio de energía interna, ¿es mayor,
menor o igual que el calor añadido? ¿Cómo lo sabes?
IV. ¿Puede un sistemaabsorber calor sin modificar su energía interna? Explica tu respuesta.
V. En un día tibio de primavera, durante la cincomarzada, se usó un tanque grande de propano
comprimido para alimentar varios quemadores de gas con los que preparar los correspondientes ranchos de
patatas. Después de un rato, se formó escarcha en el exterior del tanque. ¿Por qué?

6. Las dos trayectorias del gas
Un gas seencuentra en el estado inicial dado por pi = 3 atm, Vi = 1 dm³ y Ei = 456 J. Se
deja expansionar a presión constante hasta un volumen de 3 dm³. Entonces se enfría a volumen
constante hasta el estado final dado por p f = 2 atm, Vf = 3 dm³ y Ef = 912 J.
[a] Representa este proceso en un diagrama presión-volumen y calcula el trabajo realizado
por el gas.
[b] ¿Cuál es el calor intercambiado enel proceso?

p (atm)
4
3
2
1
1

2

3

V (dm³)

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7. Un experimento de combustión
Un estudiante realiza un experimento de combustión quemando una mezcla de gasolina y
oxígeno en una lata metálica de volumen constante sumergida en una baño de agua. Durante el
experimento se observa que la temperatura del agua...