Termodinamica

Segunda y tercera ley de la termodinámica.


1. Un ciclo de Carnot utiliza como sustancia de trabajo 1 mol de un gas de comportamiento ideal, para el cual Cv = 25,1 (J/mol K). Inicialmente el gas se encuentra a 10 atm y 600 K. Desde este estado se expande isotérmicamente hasta 1 atm. A continuación se expande en forma adiabática hasta que la temperatura desciende a 300 K y se completa elciclo mediante una compresión isotérmica (a 300K) seguida de una compresión adiabática. Todas las etapas son reversibles.
a) Obtenga los valores de calor y trabajo para cada etapa del ciclo.
b) ¿Si una máquina térmica funcion con el cilclo descrito, cuál es el rendimiento con que el calor se convierte en trabajo?
c) Dibuje el ciclo de Carnot descrito en un gráfico P versus V y en ungráfico T versus S. ¿Qué representa el área encerrada por las curvas en cada caso. d) Si en la expansión el gas se enfría hasta 200 K en vez de 300 K, ¿cuál sería el rendimiento de la máquina? ¿Qué efecto tiene la temperatura de la fuente fría en el rendimiento?


2. Una muestra de gas monoatómico de comportamientoideal experimenta el siguiente ciclo de Carnot reversible:
1.- Absorbe 4184 J de calor a 400 K (etapa I)
2.- Se expande adiabáticamente hasta 300 K (etapa II)
3.- Libera x Joule de calor a 300 K (etapa III)
4.- Retorna adiabáticamente a su estado inicial (etapa IV)
a) calcule (S para el gas en cada etapa.
b) calcule el calor de la etapa III.
c)calcule el trabajo máximo para el ciclo.


3. Un inventor sostiene que ha desarrollado una máquina que al extraer 1,05*108 J a 400K, entrega 4,2*107 J a 200 K y realiza un trabajo mecánico de 15 kwh. ¿Invertiría Ud. dinero en esta máquina? ¿Por qué?

4. Calcule el cambio de entropía de un mol de gas ideal de cv= 3R/2 si su temperatura aumenta de 100 K a 300 K mediante los procesos que seindican:
a) si el volumen es constante,
b) si la presión es constante,
c) Responda a) y b) si se usan tres moles de gas en vez de un mol.


5. Un mol de gas monoatómico experimenta el siguiente cambio de estado:
1 mol G.I. (22,4 L, 273 K) = 1 mol G.I. (2 atm, 303 K)
Calcule los valores de (U, (H y (S para el sistema.


6. Un mol de gas ideal que ocupainicialmente un volumen de 8,21 litros a 1000 K se expande por proceso adiabático hasta que el volumen final es 16,42 litros. El valor de cv de este gas es 3R/2.
Calcule los valores de temperatura final y (S del sistema si el proceso:
a) es reversible
b) tiene lugar contra una presión constante de 3 atm.
c) comprende una expansión libre.


7. Calcule (H y (S cuando unabarra de cobre de 1 kg a 100ºC se introduce en 2 kg de agua a 0ºC en un recipiente térmicamente aislado mantenido a 1 atm de presión. Los calores específicos de Cu(s) y de H2O(() son 0,42 (J/gramo K) y 4,18 (J/gramo K), respectivamente.


8. Calcule los cambios de entropía del agua, del ambiente y del universo, cuando 1 mol de agua solidifica a –10ºC y 1 atm. Las capacidades calóricas del agua ydel hielo son 75,3 y 37,6 (J/mol grado), respectivamente, y el calor de fusión del hielo a 0ºC y 1 atm es 6025 J/mol.


9. Se agregan 200 g de mercurio a 100ºC a 80 g de agua a 20ºC contenida dentro de un calorímetro. El equivalente en agua del calorímetro es 20 g. Calcule la variación de entropía del: a) Hg; b) agua y calorímetro; c) sistema total aislado. Calorespecífico: H2O(l) = 4,18 (J/gK), Hg = 0,139 (J/gK)


10. Se dispone de la siguiente información para H2O:
Calor latente de vaporización a 100ºC y 1 atm = 40,292 kJ/mol;
Calor latente de fusión a 0ºC y 1 atm = 6,025 kJ/mol.
Capacidades calóricas molares, Cp/R: sólido = 0,2514 + 1,443 x 10-2T
líquido = 9,057...