Termodinamica

[pic] |Física
Ciencias Ambientales
Curso 2009 - 2010 |Hoja 9

Termodinámica | |1. Para elevar la temperatura de una pieza de hierro de 20 kg desde 10 ºC a 90 ºC hay que suministrar una energía de 720 kJ. Calcular el calor específico del hierro. Sol: 450 J/kg ·K

2. Un calorímetro de capacidad calorífica 250 J/K contiene 100 g de agua a 20º C. Se introduce en el calorímetro una pieza decobre de 500 g que está a una temperatura de 220ºC. Si el calor específico del cobre es 390 J/kg·K y el del agua es 4180 J/kg·K, ¿cuál es la temperatura de equilibrio? Sol.: 65 ºC

3. En un vaso de cobre, que pesa 1,5 kg y contiene un bloque de hielo de 10 kg a la temperatura de (10 ºC, se inyectan 5 kg de vapor de agua a 100 ºC. Determinar el estado final de la mezcla. Datos: cCu = 397 J/(kg K);Lf;hielo = 334400 J/kg; cagua = 4180 J/(kg K); chielo = 2090 J/(kg K); Lv;agua = 2257200 J/kg.
Sol: 13,45 kg de agua a 100ºC y 1,55 kg como vapor de agua a 100ºC.

4. Las temperaturas de tres líquidos son 15 ºC, 20 ºC y 25 ºC, respectivamente. Al mezclar masas iguales de los dos primeros líquidos, la temperatura de equilibrio es de 18 ºC y cuando se mezclan masas iguales del segundo y deltercero la temperatura resultante es de 24 ºC. ¿Qué temperatura se obtiene al mezclar masas iguales del primer y tercer líquido? Sol.: 23,57 ºC

5. En una nube de tormenta, el aire (( = 1,5) se expande a medida que la nube se eleva. Suponiendo que durante la expansión no hay pérdidas de energía por conducción térmica y que inicialmente la temperatura es 290 K, calcular la temperatura de la nubecuando su volumen sea el doble del inicial. Sol: T = 205 K

6. Un sistema se encuentra en el estado de equilibrio A, en el cual pA = p0, VA = V0. El sistema se expande reversible e isobáricamente hasta un estado B en el que VB = 3V0. Luego evoluciona reversible e isocórica-mente hasta un estado C en el que pC = 2p0. Finalmente, el sistema completa un ciclo volviendo reversible-mente desde elestado C al estado A a lo largo de una recta en el diagrama p(V. Determinar el calor que intercambia el sistema con el exterior en el proceso completo. Sol: Q = (p0V0.

7. Dos moles de gas ideal se encuentran en un estado de equilibrio A en el cual p = p0 y V =V0 .Evoluciona isocoricamente hasta un estado B en el que p = 2p0 .Luego el sistema evoluciona desde el estado B al estado C a lo largo deuna isoterma a T = 300 K. Finalmente, el sistema completa un ciclo volviendo desde el estado C al estado A mediante un proceso isobárico. Determinar la variación de calor en el ciclo. Dato: R = 8 ,31 J/K·mol. Sol: absorbe 963 J

8. Cierta cantidad de un gas ideal se lleva cuasiestáticamente de A a C a lo largo del camino recto indicado en la figura. Datos: P1 = 105 Nm-2, V1 = 15 L, T1=300 K, P2= 2·105 Nm-2, V2 = 30 L, R = 8,31 J mol-1 K-1. Calcular: a) la cantidad de gas; b) la temperatura del gas en el estado C?; c) el trabajo realizado por el gas en el proceso AC; d) el trabajo realizado por el gas si pasa cuasiestáticamente de A a C, a lo largo del camino ABC? e)el trabajo realizado por el gas, el calor absorbido y la variación de su energía interna cuando el gas recorre el cicloABCA.
Sol.: a) 0,6 mol; b) 1200 K; c) 2250 J; d) 3000 J; e) Wsist = 750 J; Q = –750 J, (U = 0

9. Tres moles de un gas ideal diatómico realizan un proceso reversible adiabático desde un estado a 290 K a otro a 310 K. Datos: Cp = 5R/2; R = 8,31 J mol-1K-1. Calcular el calor, el trabajo y la variación de energía interna en el proceso. Sol: Q = 0; Wsist = (U =1247 J

10. Un sistema absorbe 300J de un foco a 300 K y 200 J de un foco a 400 K. Vuelve a su estado inicial realizando un trabajo de 100 J y cediendo 400 J a un foco a temperatura T. a) ¿Cuál es la variación de entropía del sistema en el ciclo completo? b) Si el ciclo es reversible, ¿cuánto vale la temperatura T?
Sol: a) (S =0; T = 267 K

11. Un motor de Carnot toma 500 J de calor del foco caliente que se encuentra a...