1 Ejercicios tomados de: Fsica de Raymond A. Serway, Cuarta, Quinta, Sexta y Sptima Edicin

Balotario N11: Primera Ley de la Termodinmica

1. Dos recipientes trmicamente aislados estn

conectados por un estrecho tubo equipado con

una vlvula que inicialmente est cerrada. Uno de

los recipientes, de 16.8 L de volumen, contiene

oxgeno a una temperatura de 300 K y una

presin de 1.75 atm. El otro, de 22.4 L de

volumen, contiene oxgeno a una temperatura de

450 K y una presin de 2.25 atm. Cuando la

vlvula se abre, los gases de los dos recipientes se

mezclan, y la temperatura y presin se hacen

uniformes en todo el sistema. Cul es la

temperatura final?

2. Una bala de plomo de 3 gr. a 30C es disparada

a una rapidez de 240 m/s en un gran bloque de

hielo a 0C, en el que queda incrustada. Qu

cantidad de hielo se derrite?

3. Un bloque de 1 kg de cobre a 20C se pone en un gran recipiente de nitrgeno lquido a 77.3 K. Cuntos kilogramos de nitrgeno hierven para cuando el cobre llega a 77.3K? (El calor especfico del cobre es 0.092 cal/g. C. El calor latente de vaporizacin del nitrgeno es 48 cal/g.). 4. Suponga que un granizo a 0C cae en aire a una

temperatura uniforme de 0C y cae sobre una

banqueta que tambin est a esta temperatura.

De qu altura inicial debe caer el granizo para

que se derrita por completo al impacto?

5. Vapor a 100C se agrega a hielo a 0C.

Encuentre la temperatura final cuando la masa

del vapor sea 10 gr. y la masa del hielo sea 50 gr.

6. En un recipiente aislado, 250 gr. de hielo a 0 C

se agregan a 600 gr. de agua a 18C. Cunto

hielo resta cuando el sistema llega al equilibrio?

7. Dos veloces balas de plomo, cada una de 5 gr.

de masa y a una temperatura de 20C, chocan de

frente a una rapidez de 500 m/s cada una. Si se

supone una colisin perfectamente inelstica y no

hay prdida de energa por calor a la atmsfera,

indique la temperatura final del sistema formado

por las dos balas.

8. Un gas ideal est encerrado en un cilindro con

un mbolo movible sobre l. El mbolo tiene una

masa de 8000 gr. y un rea de 5 cm2 y est libre

para subir y bajar, manteniendo constante la

presin del gas. Cunto trabajo se realiza sobre

el gas cuando la temperatura de 0.2 mol del gas

se eleva de 20C a 300C?

9. Un gas ideal est encerrado en un cilindro que

tiene un mbolo sobre l. El mbolo tiene una

masa m y un rea A y est libre para subir y bajar,

manteniendo constante la presin del gas.

Cunto trabajo se realiza sobre el gas cuando la

temperatura de n moles del gas se eleva de T1 a

T2?

10. Un mol de un gas ideal se calienta lentamente de modo que del estado PV (Pi Vi) a (3Pi 3 Vi) en forma tal que la presin es directamente proporcional al volumen. Cunto trabajo se realiza sobre el gas en el proceso? 11. Un gas se comprime a una presin constante

de 0.8 atm de 9 L a 2 L. En el proceso, 400 J de

energa salen del gas por calor. Cul es el trabajo

realizado sobre el gas?

12. Una muestra de gas ideal se expande al doble

de su volumen original de 1 m3 en un proceso

cuasi esttico para el cual P = V2, con = 5

atm/m3, como se ve en la siguiente figura.

Cunto trabajo es realizado sobre el gas en

expansin?

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Balotario N11: Primera Ley de la Termodinmica

13. Un gas es llevado a travs del proceso cclico

descrito en la siguiente figura (a) Encuentre la

energa neta transferida al sistema por calor

durante un ciclo completo. (b) Qu pasara si el

ciclo se invierte, es decir, el proceso sigue la

trayectoria ACBA, cul la energa neta de entrada

por ciclo por calor?

14. Considere el aparato de joule descrito en la siguiente figura. La masa de cada uno de los dos bloques es de 1.5 kg, y el tanque aislado se llena con 200 g de agua. Cul es el aumento de la temperatura del agua despus que los bloques caen una distancia de 3 m?

15. Un gas diatmico a 300 K y 1 atm se

comprime adiabticamente, lo que disminuye su

volumen por 1/12. (VA = 12VB). Cules son la

nueva presin y temperatura? ( = 1.4)

16. Una muestra de un gas ideal pasa por el

proceso que se muestra en la siguiente figura. De

A a B, el proceso es adiabtico; de B a C es

isobrico con 100 kJ de energa entrando al

sistema por calor. De C a D, el proceso es

isotrmico; de D a A, es isobrico con 150 kJ de

energa saliendo del sistema por calor. Determine

la diferencia en energa interna E intB E intA