termodinamfísica ii

7/22/2019 TermodinamFsica II

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Gua de Problemas de parciales y exmenes finales de TermodinmicaFsica II . I ngeniera Mecnica . Facultad Regional Santa Fe-UTN

Confeccion: Ricardo A Carreri 1

Problema N 1

Describir las hiptesis que caracterizan un gas ideal y un gas real, destacando las relaciones entre las variables deestado (Relaciones funcionales entre las mismas).

Describa y exprese la relacin entre la energa cintica promedio de un gas ideal y la temperatura del mismo.

Problema N 2

a- Definir temperatura, explicar cmo se mide y las escalas que conoce.b- Explicar qu entiende por calor y analizar si los cuerpos poseen calor.c- Explique y ejemplifique la diferencia conceptual entre temperatura, calor y energa interna.

Problema 3

1- Explique qu es el equivalente mecnico del calor y la experiencia que puede determinar al mismo.2- Exprese la relacin del equivalente mecnico del calor entre cal y joule, Kcal y KJ;

Problema N 4

a- Explique qu es la energa interna de un gas ideal y de qu magnitudes depende para los gases ideales y los gases

reales.b- La energa interna de lquidos y slidos de qu otras magnitudes depende?

Problema N 5

a- Explique los mecanismos de transmisin del calor y analice las frmulas de su clculo.b- Ejemplifique cada uno de los mecanismos de transmisin del calor.

Problema N 6

a- Explique qu entiende, caractercela y diferenciar una pared adiabtica y otra diatrmica.

b- Ejemplifique y compare los diferentes coeficientes de conductividad trmica en la conduccin del calor paramateriales slidos lquidos y gases.

Problema N 7

Se necesita entregar la misma cantidad de calor para elevar en 1 grado la temperatura de un gas ideal si la

transformacin se realiza a presin constante o a volumen constante? Explicitar claramente las similitudes y diferenciasde cada proceso.

Problema N 8

Comentar que caracterstica presentan y ejemplificar las siguientes evoluciones:

a-iscora, b-isobrica, c-isotrmica, d-adiabtica.

Problema N 9

Explicar cada uno de los trminos del primer principio de la termodinmica e interprete cada uno de sus trminos.

Problema 10a- Defina calor especfico, indicar sus unidades en que se expresa en diferentes sistemas y explicar de que magnitudesfsicas depende.

b- Proponer un mecanismo para determinar el calor especfico de un material cualquiera.c- Definir el calor especfico del agua.

c- Establecer una comparacin entre los calores especfico del agua con los de otros materiales.

Problema N 11

a- Explicar qu es el calor latente, cmo lo calcula y de qu depende.

b- Compare calores latentes de diferentes sustancias o materiales


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Confeccion: Ricardo A Carreri2

b- Compare los calores latentes del agua para fusin y evaporacin.

Problema N 12

a- Explique qu son las variables de estado, para qu se las utiliza, y porqu el calor y trabajo no puedenser consideradas como tales.

b- Explicar qu es un sistema termodinmico cerrado y diferncielo de uno aislado.

Problema 13

a- Determine el trabajo realizado en cambios de volumenb- Calcule el trabajo en un gas ideal en procesos isotrmico y en proceso isobrico

Problema N 14

Explique y ejemplifique brevemente a que refieren los siguientes enunciados:

i-El calor fluye espontaneamente de los cuerpos frios a los calientes.ii-El trabajo mecnico no puede convertirse completamente en energa calorfica.iii-Es imposible construir una mquina de operacin de movimiento perpetuo.

Problema N 15

Se desea calentar 100 Kg de agua que se halla a -18oC hasta 100

oC (convirtindose en vapor) a presin atmosfrica

mediante combustin de gas propano-butano . Para ello se coloca el hielo en un recipiente y se lo calienta mediante un

mechero a gas . Calcular la cantidad de energa calrica requerida para llevar el agua de -18oC hasta 100

oC .

Si en la combustin del gas se liberan 4000 kcal /h y solo el 70 % de esta energa es absorbida por el agua , en quetiempo se calentar el agua ? .Lv = 540 cal/g . L f = 80 cal /g . Cp hielo= 0,5 cal/g..

oC

Problema 16Un mol de gas ideal se encuentra inicialmente a 300 K ocupando un volumende 24 lts. Y experimenta una expansinisotrmica en la que duplica su volumen , luego experimenta una compresin adiabtica en la que su temperaturase

eleva a 600K siendo el Cp= 20,77 J/mol K y el Cv= 12,45 J/mol K . a.-Calcular la presin y el volumn final del gas .b.- Representar el proceso en un diagrama p-v.

c.- Calcular el calor cedido y el trabajo realizado en el proceso completo.

Problema N 17

Un recipiente muy pequeo adiabtico contiene 800g. de agua a una T=80 C.,se le agrega 1000 gr. de hielo a -20C y sedeja evolucionar a p=cte hasta alcanzar el equilibrio termico.

Calcular: a.- La temperatura final de equilibrio justificando la misma . b.- La cantidad de agua y hielo .c.- La variacion de entropia del sistema.

d.-Si deseamos que el estado final fuese solamente agua a 5

0

C qu cantidad de hielo se debera haber agregado?

Problema 18

Una cantidad de aire seco ocupa un volmen de 0,2 lts a una P=10atm. y a una T=100C .Dicho gas se expande hasta

que la presin se reduzca hasta 1 atm., admitindose 2 tipos de transformaciones reversibles : a.- ISOTERMICA. b.-ADIABATICA .

Calcular para cada una de las transformaciones:1.- El volmen y las Temperaturas finales.

2.- El trabajo, la cantidad de calor, y la energa interna .Dato: Cp/Cv = 1,4.


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Problema 19

Una muestra de 236 gr. de plomo se calienta hasta 60o

C y se la sumerge en un calormetro adiabtico cuya masa esde 20 gr. y con una capacidad calorfica de Cp= 0,217cal/g.

oC . El mismo posee 25 cm3de agua a 10 oC , siendo la

temperatura final de equilibrio del sistema de 20oC . Calcular :

1.- El calor especfico del plomo .

2.- La cantidad de energa calrica que cede el plomo .3.- Explique con todo detalle el primer principio de la termodinmica .

Problema 20

Para un gas perfecto monoatmico se tienen los siguientes valores: Estado Inicial Pi= 4 atm.,V i= 2 lts, Ti= 400 KEstado final. V f= 5 lts. Calcular el calor , el trabajo y la variacin de energa interna suponiendo que las

transformaciones son 1.- isobrica. 2.- Isotrmica. 3.- Adiabtica.. Cp/Cv=1,66.Explicar en forma sinttica el segundo principio de la termodinmica.

Problema 21Se quiere determinar el calor especfico de una aleacin nueva. Para ello se lleva a 540 C una muestra de 150 gr.de

la aleacin y luego se echa rapidamente en 400 gr. de agua a 10.0 C, contenida en un vaso de aluminio de 205 gr.Suponiendo que no existan perdida de energa al exterior y que la temperatura final de equilibrio es de 30,5 C.

Calcular el calor especfico de la aleacin.

Problema 22

a.-) Una esfera de plomo ( Cp = 0,031 cal/g. C ) de 100 g est a una temperatura de

20 C . Se deja caer desde el reposo de una altura de 70m. y choca contra un trozo de hielo que se encuentra a 0 C. Suponiendo que toda la energa del choque se transforma en calor, Cuanto hielo se funde? Calor de fusin del hielo =80cal/g.

Problema 23

Calcular el calor latente de fusin del mercurio a partir de colocar 1,0Kg de mercurio slido en su punto de fusin a

39 C en un calormetro aislado de aluminio de 0,62 Kg con 400g de agua a 12,8 CEl equilibrio se alcanza a una T= 5,06 CEl calor especfico del mercurio es de 138J/Kg 0C y el del aluminio es 0,22 cal/gr.C.

Problema 24

La temperatura de 5 Kg de N2gaseoso se eleva desde 10oC a 130

oC. Si el proceso se realiza a presin

constante calcular:

a1)El trabajo realizado por el gas.a2)La cantidad de calor necesaria , y la variacin de energa interna durante el proceso.

a3)Calcular la cantidad de calor necesaria para que el proceso se lleve a cabo a volmenconstante.

Datos: El gas N2se comporta como gas perfecto.Cp (N2g)

=0,248 cal/gr

oC; Cv (N2

g) = 0,177 cal/gr

oC.

Problema 25

a) Se necesita entregar la misma cantidad de calor para elevar en 1 grado la temperatura de un gas ideal si la

transformacin se realiza a presin constante o a volumen constante? Explicitar claramente las similitudes y diferenciasde cada proceso.

b) 20 g de aire a 293 K estn confinados en un mbolo sobre el que se realiza una fuerzaconstante F.Si lo calentamos hasta duplicar su temperatura en grados centgrados. Calcular el calor

absorvido por el sistema, el trabajo hecho por el aire y el cambio en su energa interna.

cp=0.24 Kcal/KgK, cv=0.1715 Kcal/Kg

K, 1 Kcal=4186 J.


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Confeccion: Ricardo A Carreri4

Problema N 26Un recipiente muy pequeno adiabatico contiene 1Kg.de agua a una T=80 C.,se le agrega 1000 gr. de hielo a -20C y se

deja evolucionar a p=cte hasta alcanzar el equilibrio termico.Calcular: a.- La temperatura final de equilibrio. b.- La masa de agua final. c.- La variacion de entropia del sistema.

Problema N 27

Para un gas perfecto monoatmico se tienen los siguientes valores:Estado Inicial P = 4 atm., V = 2 lts, T = 400 K

Estado final. V = 5 lts.Suponiendo que las transformaciones son1.- isobrica. 2.- Isotrmica. 3.- Adiabtica. Calcular el calor

y el trabajo puesto en juego en cada una de las etapas. Cp/Cv=1,66

Problema 28Una cantidad de aire seco ocupa un volmen de 0,2 lts a una P=10atm. y a unaT=10 C .Dicho gas se expande hasta que la presin se reduzca hasta 1atm., admitindose 2 tipos de

transformaciones reversibles : a.- ISOTERMICA. b.- ADIABATICA .Calcular para cada una de las transformaciones:

1.- El volmen y las Temperaturas finales.2.- El trabajo, la cantidad de calor, y la energa interna .

Dato: Cp/Cv = 1,4.

Problema 29

Se desea calentar 100 Kg de agua que se halla a -18oC hasta 100

oC (convirtiendose todo en vapor) a presin

atmofrica mediante la combustin de gas propano-butano . Para ello se coloca el hielo en un recipiente y se lo

calienta mediante un mechero a gas . Calcular la cantidad de energa calrica requerida para llevar el agua de -18

o

Chasta 100oC .

Si en la combustin del gas se liberan 4000 kcal /h y solo el 70 % de esta energa es absorbida por el agua , en que

tiempo se calentar el agua ? .Qu recipiente ser mas efectivo para calentar el agua si se dispone una olla de aluminio

( Conductividad trmica = 5.10-2

Kcal/s.m.oC) y una de acero inoxidable ( conductividad trmica = 1.1.10

-2

Kcal/s.m.oC ) . Justifique la respuesta.

Lv = 540 cal/g . L f= 80 cal /g . Cp hielo= 0,5 cal/g..oC

Problema 30

En un calormetro adiabtico se mezclan 1 Kg. de agua lquida a 100 oC y 1 Kg. de hielo a 18 oC .Calcular la

temperatura final de equilibrio. Cmo se modifica el resultado anterior si el agua estuviera a 100

o

C en estado vaporCphielo= 0,5 cal/g C. Calor latente de evaporacin = 540 cal/g. Calor latente de fusin= 79cal/g

Cpagua= 1 cal/g C.

Problema 31

En un calormetro adiabtico se desea obtener agua lquida a 45 C , para ello se mezclan 1Kg de agua con hielo. El

agua inicialmente se halla a 90oC y el hielo slido a 0

oC.

1-Calcular la cantidad de hielo a agregar para alcanzar la temperatura final deseada.

2-Cmo se modifica el resultado anterior si el hielo estuviera a -10oC.

Cphielo= 0,5 cal/g C. Calor latente de evaporacin = 540 cal/g. Calor latente de fusin= 79cal/g

Cpagua= 1 cal/g C

Problema 32


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Un recipiente muy pequeo adiabtico contiene 800g. de agua a una T=80 C.,se le agrega 1000 gr. de hielo a -20C y se

deja evolucionar a p=cte hasta alcanzar el equilibrio termico.Calcular: a.- La temperatura final de equilibrio justificando la misma . b.- La cantidad de agua y hielo .

c.- La variacion de entropia del sistema.d.-Si deseamos que el estado final fuese solamente agua a 5 0C qu cantidad de hielo se debera haber agregado?

Problema 33

Una muestra de 236 gr. de plomo se calienta hasta 60 oC y se la sumerge en un calormetro adiabtico cuya masa esde 20 gr. y con una capacidad calorfica de Cp = 0,217cal/g.oC . El mismo posee 25 cm3 de agua a 10 oC , siendo la

temperatura final de equilibrio del sistema de 20 o C . Calcular :1.- El calor especfico del plomo .

2.- La cantidad de energa calrica que cede el plomo .3.- Explique con todo detalle el primer principio de la termodinmica .

Problema34

Una resistencia elctrica R= 5. se la sumerge en1kg. de agua a 20 C y se le conecta una batera de 12V y de 1de

resistencia interna .Calcular : a.- La corriente elctrica que circula, y la potencia elctrica disipada por la resistencia (R), y la entregada

por el generador.b.- La energa elctrica que disipa la resistencia (R) al cabo de estar conectada 10 minutos.

c.- La temperatura que adquirir el agua al cabo de 60 minutos.d- El tiempo que llevara para evaporar toda la masa de agua

Suponga que el recipiente que contiene el agua es adiabtico y que toda la energa disipada por la resistencia esabsorbida por el agua.

Problema 35La temperatura de 5 Kg de N2 gaseoso se eleva desde 10 oC a 130 oC. Si el proceso se realiza a presin

constante calcular:

a1)El trabajo realizado por el gas.a2)La cantidad de calor necesaria , y la variacin de energa interna durante el proceso.a3)Calcular la cantidad de calor necesaria para que el proceso se lleve a cabo a volmen

constante.Datos: El gas N2 se comporta como gas perfecto.Cp (N2g) =0,248 cal/gr oC; Cv (N2g) = 0,177 cal/gr oC.

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