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SERIE Nº 9 TRABAJO Y PRIMERA LEY TERMODINÁMICA

OBJETIVOS

• Identificar la 1º ley termodinámica con el principio de conservación de la energía.

• Resolver problemas de balance de energía para sistemas cerrados relacionados con las interacciones de calor y trabajo.

• Calcular el trabajo en sistemas cerrados de fronteras móviles.

• Aplicar las relaciones de los calores específicos de los gases ideales para resolver situaciones físicas.

CUESTIONARIO GUÍA

1) ¿Debe aumentar la energía interna de un sistema cuando se le entrega calor?

Explique 2) ¿Debe aumentar la energía interna de un sistema cuando aumenta su

temperatura? Fundamente la respuesta. 3) ¿Debe cambiar la temperatura de un sistema cuando se le entrega calor? 4) Puede calentarse un tazón de sopa sin entregarle calor? Explique. 5) ¿Por qué el calor y el trabajo no son funciones de estado?

PROBLEMA 1

Un fluido se expande a presión atmosférica constante desde un volumen inicial de 0,344m3 hasta un volumen final de 0,424 m3. I) Deberás calcular: a) El trabajo que realiza el fluido b) El trabajo cuando se invierte el proceso, es decir, el fluido se comprime a presión atmosférica y vuelve a su volumen original. II) Representa gráficamente, en un diagrama P-v, el trabajo en ambas situaciones.

PROBLEMA 2

La figura muestra un proceso que realizó un mol de gas ideal: una expansión isobárica seguida por una compresión isotérmica. I) Determina el trabajo del gas

a) En la expansión isobárica b) En la compresión isotérmica c) En el proceso completo.

II) Dibuja las transformaciones en diagramas T-V y p-T

PROBLEMA 3

Un mol de un gas ideal evoluciona isocóramente desde p1 = 0,700 MPa y T1 = 300,0 K hasta la presión atmosférica normal po = 1,00 atm. A continuación se calienta a presión constante hasta un volumen V2. Finalmente se comprime isotérmicamente hasta su presión inicial, con lo que alcanza el mismo volumen que tuvo al principio. Los tres procesos constituyen un ciclo cerrado. ¿Cuál será el trabajo que realiza el gas cuando lo recorre de manera cuasiestática?.

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PROBLEMA 4

La figura corresponde a un gas ideal. El punto “a” T = 330 K, p1= 3 atm y V1 = 8 m3. La curva “ac” es una isoterma y V2 = 24 m3.

PROBLEMA 5

Dos moles de un gas ideal biatómico cuyas condiciones iniciales son 300 ºC y 5 atm, se expande hasta duplicar su volumen por dos caminos diferentes. El camino I es lineal y reversible y responde a la ecuación P = a – 0,2v (atm) y el camino II responde a la ecuación P. V = constante y es también reversible. Se desea conocer:

a) La representación gráfica de las dos transformaciones. b) El calor para cada una de las transformaciones (en calorías). Sabiendo que la

variación de energía interna es: para la transformación lineal de – 2890 calorías y para toda transformación isotérmica 0 calorías.

c) El trabajo en Julios para cada transformación. d)

PROBLEMA 6

Un gas ideal monoatómico ocupa un volumen de 4 m3 a la presión de 8 atm y 400 K. El gas se expande hasta una presión final de 1 atm. Calcula, en cada una de las siguientes transformaciones: I. Si la expansión es isotérmica cuasiestática II. Si la expansión es adiabática cuasiestática III. Si la expansión tiene lugar en el vacío.

a) El volumen final b) La temperatura final c) El trabajo realizado d) El calor absorbido e) La variación de energía interna

PROBLEMA 7

El diagrama indica la transformación sufrida por un mol de gas ideal monoatómico. Determina:

a) El trabajo recibido por el sistema. b) El cambio de energía interna. c) El calor intercambiado. d) El cambio de la entalpía

V1 V2

P

P

a b

c

a) Halla la temperatura correspondiente al punto “b”.

b) Halla el trabajo del gas en las transformaciones “abc”, en las transformaciones lineal e isotérmica.

c) Indica, en la gráfica, el trabajo del gas en cada una de las transformaciones.

(m3)

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PROBLEMA 8

Tres moles de un gas monoatómico, realiza el ciclo reversible ABCD de la figura. Si el volumen del gas en el estado C es el doble del volumen del gas en el estado B. Determina: a. Las propiedades P, V y T en los estados A, B, C y D. b. El trabajo del ciclo c. Cambio de la energía interna y de la entalpía en cada

etapa.