Preguntas

2. Un recipiente lleno con gas helio y otro con gas argón. Ambos están a la misma temperatura. ¿Cuáles moléculas tienen la mayor rapidez rms? Explique.

3. Cuando se frota alcohol en el cuerpo, baja la temperatura de su piel. Explique este efecto.

6. Un gas a 200 K. Si se quiere duplicar la rapidez rms de las moléculas del gas, ¿a cuánto se debe aumentar su temperatura? a) 283 K, b) 400 K, c) 566 K, d) 800 K, e) 1 130 K.

10. ¿Qué sucede con un globo lleno con helio liberado en el aire? ¿Se expande o se contrae? ¿Deja de elevarse en alguna altura?

11. ¿Por qué un gas diatómico tiene un mayor contenido energético por cada mol que un gas monoatómico a la misma temperatura?

PROBLEMAS

1. Calcule la masa de un átomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atómicas de estos átomos son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente.

3. En un intervalo de 30.0 s, 500 granizos golpean una ventana de vidrio de 0.600 m2 de área a un ángulo de 45.0° con la superficie de la ventana. Cada granizo tiene una masa de 5.00 g y una rapidez de 8.00 m/s. Si supone que las colisiones son elásticas, encuentre la fuerza y presión promedio sobre la ventana.

5. En un sistema de ultra alto vacío, la presión es de 1.00X10 -10 torr (donde 1 torr = 133 Pa). Si supone que la temperatura es de 300 K, encuentre el número de moléculas en un volumen de 1.00 m3.

7. Un globo esférico de 4 000 cm3 de volumen contiene helio a una presión (interior) de 1.20X105 Pa. ¿Cuántas moles de helio hay en el globo si la energía cinética promedio de cada átomo de helio es de 3.60X10 -22 J?

9. a) ¿Cuántos átomos de gas helio llenan un globo de 30.0 cm de diámetro a 20.0°C y 1.00 atm? b) ¿Cuál es la energía cinética promedio de los átomos de helio? c) ¿Cuál es la rapidez media cuadrática de los átomos de helio?

13. Una muestra de 1.00 mol de gas hidrógeno se calienta a presión constante de 300 K a 420 K. Calcule a) la energía transferida al gas por calor, b) el aumento en su energía interna y c) el trabajo consumido en el gas.

19. Una muestra de 2.00 moles de gas diatómico ideal se expanden lenta y adiabáticamente desde una presión de 5.00 atm y un volumen de 12.0 L hasta un volumen final de 30.0 L. a) ¿Cuál es la presión final del gas? b) ¿Cuáles son las temperaturas inicial y final? c) Encuentre Q, W y ΔEint.

21. El aire en una nube de tormenta se expande a medida que se eleva. Si su temperatura inicial es 300 K y no se pierde energía por conducción térmica en la expansión, ¿cuál es su temperatura cuando el volumen inicial se duplica?

23. Una muestra de 4.00 L de gas ideal diatómico, confinado en un cilindro, tiene una relación de calor específico de 1.40 y se lleva a través de un ciclo cerrado. Al inicio el gas está a 1.00 atm y a 300 K. Primero su presión se triplica bajo volumen constante. Luego se expande adiabáticamente a su presión original. Por último, el gas se comprime isobáricamente a su volumen original. a) Dibuje un diagrama PV de este ciclo. b) Determine el volumen del gas al final de la expansión adiabática. c) Encuentre la temperatura del gas al comienzo de la expansión adiabática. d) Encuentre la temperatura al final del ciclo. e) ¿Cuál fue el trabajo neto consumido en el gas para este ciclo?

27. Considere 2.00 moles de un gas ideal diatómico. a) Encuentre la capacidad térmica total como la define la ecuación 20.2 a volumen constante y la capacidad térmica total a presión constante, si supone que las moléculas giran pero no vibran. b) ¿Qué pasaría si? Repita el inciso a), si supone que las moléculas giran y vibran.

29. Examine la información para gases poliatómicos en la tabla 21.2 y dé una explicación por la que el dióxido de azufre tiene un mayor calor específico a volumen constante que los otros gases poliatómicos a 300 K.

31. Quince partículas idénticas tienen diferentes magnitudes de velocidad: una tiene una magnitud de velocidad de 2.00 m/s, dos tienen magnitudes de velocidad de 3.00 m/s, tres tienen magnitudes de velocidad de 5.00 m/s, cuatro tienen magnitudes de velocidad de 7.00 m/s, tres tienen magnitudes de velocidad de 9.00 m/s y dos tienen magnitudes de velocidad de 12.0 m/s. Encuentre a) la rapidez promedio, b) la rapidez rms y c) la rapidez más probable de estas partículas.

33. A partir de la distribución de rapidez de Maxwell–Boltzmann, demuestre que la rapidez más probable de una molécula de gas se conoce por la ecuación 21.27. Note que la rapidez más probable corresponde al punto en donde la pendiente de la curva de distribución de rapidez, dNv/dv, es cero.

35. Problema de repaso. ¿A qué temperatura la rapidez promedio de los átomos de helio sería igual a a) la rapidez de escape de la Tierra, 1.12X104 m/s y b) la rapidez de escape de la Luna, 2.37X103 m/s? (Consulte el capítulo 13 para una explicación de la rapidez de escape.) Nota: La masa de un átomo de helio es 6.64x10-27 kg.