Ayudanta 1 Fund. de Termodina mica (ILQ-109) Conceptos claves: Primera ley de la termodinmica. Proceso reversible/irreversible. Problema 1 Uncilindro-pistn(Figura1)contiene400[g]denitrgenogaseoso(

)queseencuentra comprimido por un mbolo sin friccin y un peso M, la masa de cada uno es de 250 [Kg] y 100 [kg] respectivamente. Si el gas recibe 9 [KJ] de calor por conduccin a travs de las paredes del cilindro durante un cierto perodo, se desplaza el pistn unos 30 [cm] (de forma vertical). Considere el rea del pistn de 50

y la presin en el exterior de 1[bar]. (Otros datos: R=8,31[J/mol*K]; Cv{gas diatmico}=(5/2)*R; PM(N)=14 [g/mol]) mMQ Figura 1 a)Determine la variacin de temperatura del gas. b)Determine la variacin de temperatura del gas si se retira energa en vez de agregar. c)Determine la variacin de la temperatura si se le aplica un trabajo de eje al cilindro-piston. (600 revoluciones con un torque de 8[J]) d)Qu pasa si el cilindro-pistn es un sistema aislado? Solucin: a)Determine la variacin de temperatura del gas. Balance de Fuerzas: Ayudanta 1 Fund. de Termodina mica (ILQ-109) M*gm*gP*AP0*A

Primera Ley termodinmica:

Trabajo Exp/comp:

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] Energa Interna:

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(

) (

) Reemplaza los valores: [

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] [

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)

Ayudanta 1 Fund. de Termodina mica (ILQ-109) b)Determine la variacin de temperatura del gas si se retira energa en vez de agregar. mMQ

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]

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) (

) [

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] [

] [

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(

)

c)Determine la variacin de la temperatura si se le aplica un trabajo de eje al cilindro-piston. (600 revoluciones con un torque de 8[J]) mMQWs Trabajo de eje:

Ayudanta 1 Fund. de Termodina mica (ILQ-109) Primera ley termodinmica:

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) (

) [

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] [

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]

(

)

d)Qu pasa si el cilindro-pistn es un sistema aislado? Su frontera es impermeable y adiabtica. No puede intercambiar materia, calor y trabajo con el medio. Problema 2 Un cilindro al que va ajustado un pistn sin rozamientos contiene 3 moles de He gaseoso a P=1 [atm] y est introducido en un bao grande a temperatura constante de 400 [K]. Calcular el Q, W, para el proceso. a)Si la presin aumenta reversiblemente a 5 [atm]. b)Si se alcanza el mismo estado final pero el proceso ocurre de forma irreversible. Solucin: Procesos isotrmicos (de compresin) Reversible e Irreversible de gas ideal.

Primera ley de la termodinmica

Ayudanta 1 Fund. de Termodina mica (ILQ-109) a)Proceso reversible

(

) (

) [

] [

] b)El proceso irreversible

( )

(

) [

](

) Problema propuestoUn pistn sin roce contenido en un cilindro (Figura 2), est sometido a una presin atmosfrica de 1,013[].Lamasadelpistnes200[],yposeeunareade0,15[m2].Elvolumeninicial, cuandoessostenidoporlostopes,es0,12[m3].Elpistnyelcilindronoconducencalor.Elgas posee una capacidad calorfica constante de 30,1[ ], y su temperatura inicial es de 298 []. Se adicionan 10.5 [] de energa al gas por medio del serpentn calefactor. Silostopessemantienenensuposicin,quecorrespondealaposicininicialdeequilibrio,y luego de agregar todo el calor al gas, cul ser la temperatura y presin del gas en el interior del cilindro. Figura 2 Solucin: Sistema cerrado e inmvil Balance de energa:

Sistema: gas ideal Ayudanta 1 Fund. de Termodina mica (ILQ-109) RT V P ~ Estado inicial de equilibrio (1): P1, ~V1, T1 Estado final de equilibrio (2): P2, ~V2, T2

BE:( ) ( ) ( )