CALOR, TRABAJO, PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA Y APLICACIONES (SOLUCIONARIO)
Razonamiento:
1.- ¿Se le puede transferir energía a un sistema y a sus alrededores sin aplicarle calor? R: Si, por que en la termodinámica existen dos tipos de transferencia de energía, la primera es por calor y la segunda es por trabajo. 2.- ¿Qué diferencia experimental tienen las siguientes expresiones ? R: la primera expresión
y
significa que el gas o el fluido comprimido
esta ejerciendo un trabajo sobre el sistema y sus alrededores; en cambio la segunda expresión Significa que el sistema esta ejerciendo un trabajo sobre el gas ya comprimido. En termodinámica la ecuación mas utilizada es la primera expresión. 3.- A que tipo de sistemas y procesos nos referimos con las siguientes expresiones: a) No hay transferencia de energía por calor y el trabajo es cero. R: Esto se refiere a sistemas aislados donde la energía interna es constante. b) Un sistema donde donde Q=W R: Esto se refiere a un sistema cuyo proceso es cíclico donde donde Q=W y la variación de energía es cero; además también se hace referencia a un proceso isotérmico donde la temperatura es constante. c) Un sistema aislado donde el gas se expande en el vacio. R: Se refiere a un sistema donde no hay calor y el trabajo es cero, también podemos decir que hace referencia a un proceso adiabático libre. d) Un sistema aislado térmicamente. R: Se refiere a un proceso adiabático donde no hay transferencia de energía por calor pero el gas o fluido comprimido ejerce un trabajo sobre el sistema.
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4.- ¿Que conceptos termodinámicos serian aplicables a un globo que se llena de aire? R: cuando un sistema le proporciona aire al globo en este proceso no hay transferencia de energía por calor pero existe un trabajo que el aire ejerce sobre el sistema de tal forma que ΔE = -W (Esto es un proceso adiabático)
5.- Describa las ecuaciones para calcular
dodos los siguientes sistemas:
ΔE= Q-W
ΔE= 0; Q=0 Y W=0 (Proceso adiabático libre)
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PROBLEMAS:
1.- Un sistema sistema es sometido sometido a un deposito deposito que transfiere transfiere 1520 J de calor y el sistema produjo produjo un trabajo sobre el gas de 304 J ¿Cuál es la variación variación de la energía interna del sistema? DATOS Q= 1520 J W= 304 J ΔE=?
ΔE= Q-W ΔE= 152J – 304 J ΔE =1216 J
2.- Un gas se expande de I a F como se muestra en la figura. El calor que se agrega es de 400 J, cuando el gas va de I a F por la trayectoria diagonal. ¿Cuál es el cambio en la energía interna del gas? Y además ¿Cuánto calor se debería agregar al gas si se fuera por el camino indirecto IAF, para tener el mismo cambio en la energía interna?
P (atm) 2
I
A
1
B
F
1
2
3
4
V (L)
a) Para la primera parte del proceso debemos calcular el cambio de energía interna del gas sabiendo que en la trayectoria diagonal se le añade 400 J de calor, entonces ΔE= Q-W; pero no conocemos a W; por definición W en procesos termodinámicos se encuentra calculando el área bajo la curva, luego W es el área del triángulo IBF (A1) mas el área del rectángulo que esta debajo del triangulo (A2) entonces W= A1+A2. 1.- Calcular A1. A1= (b.h)/2= (2.1)/2= 1 2.- Calcular A2. A2= b.h= 2; encantados los datos tenemos que W= 1L.atm+2L.atm =3L.atm; luego debemos transformar a Joule sabiendo que 1 litro. atmósfera (L.atm) = 101,3 J, entonces W= 3x101,3 J= 303,9 J; lo cual resulta W=303,9J Encontrado W podemos hallar el cabio de energía durante ese proceso CALOR, TRABAJO, PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA Y APLICACIONES
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ΔE= Q-W= 400J-303,9J= 96,1J
b) Luego se pide la cantidad de calor que se le debería suministrar a todo el sistema si fuera por el camino indirecto indirecto IAF para tener el mism mismoo cambio de energí energíaa intern interna, a, para esto debemos calcular un trabajo total (Wt) donde Wt= A1+A2+A3 Y (A1+A2)=W= 3L.atm Y A3 seria el área del triangulo IAF: 1.- Calcular A1. A1= (b.h)/2= (2.1)/2= 1 Entonces Wt= 3L.atm+1L.atm= 4L.atm; transformando las unidades queda Wt= 4x101,3J= 405,2J, encontrado el trabajo tenemos que hallar el calor necesario manteniendo ΔE; Q= ΔE+W= 96,1J+405,2J=501,3J, entonces la cantidad de calor es Q=501,3J.
3.- Se comprime un gas a presión constante de 0.8 atm de un volumen de 9L a un volumen de 2L. En el proceso se escapan del gas 400 J de energía calórica. ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas? Y ¿Cual es el cambio en la energía interna del gas? DATOS P= 0.8 atm
Sustituyendo W= 0,8atm x (2L-9L)= 0,8atm x (-7L)
Vί= 9L
W = -5,6 atm x L, transformando las unidades queda que W= -567,28J
Vf= 2L Q= 400J
Luego la segunda parte del problema pide el cambio en la energía para esto se aplica
W=? Como la presión es constante se aplica que W= P(Vf-Vί)
ΔE=Q-W=400J-(-567,28) ΔE =400J+567,28J= 967,28J ΔE= 967,28 J
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4.- Un gas ideal experimenta un proceso cíclico A-B-C-D-A como indica la figura el gas inicialmente tiene un volumen de un litro y una presión de 2 atm y se expansiona a presión constante hasta que su volumen es de 2,5 litros, después de lo cual se enfría a volumen constante hasta que su presión es de 1 atm. Entonces se comprime a presión constante hasta que su volumen es de nuevo un litro. Finalmente se calienta a volumen contante hasta volver a su estado original. Determinar el trabajo total realizado por el gas y el calor total añadido durante el ciclo.
P (atm) 2
A
B
1
D
C 1
2
3
V (L)
HAGAN ESTE QUE FALTA Y CUALQUIER DUDA… QUE MAS ME PREGUNTAN (YA TENGO SUEÑO) ATTE: JEAN
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