UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FISICOQUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERIA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES TERMODINÁMICA Prof. Angel M. Meléndez
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 1.- Se 1.- Se proporcionan 75 cal a 30 gramos de una sustancia cuya masa molecular es 50 g/mol, de manera que su temperatura aumenta de 25 a 45 ˚C. Calcular el calor específico, la
capacidad calorífica y la capacidad calorífica molar de tal material. 2.- Un gas dentro de un cilindro cuya área es 18.8 plg 2 es comprimido una distancia de 20 pulgadas, mediante una presión exterior constante igual a 13.5 lb-f/plg 2. Que trabajo fue realizado en lb-f·pie y en Btu? 3.- Un mol de gas de van der Waals a 27 ˚C se expande isot érmica y reversiblemente desde 10 hasta 30 litros. Calcular el trabajo producido. Para este gas. Las constantes a y b de van der Waals son, respectivamente: 5.49 atmL 2/mol2 y 0.064 L/mol. c onstante para el nitrógeno está dada por la 4.- La 4.- La capacidad calorífica a presión constante expresión: Cp = (27.0 + 5.90 x 10-3 T – 0.34 x 10-6 T2) J/mol·K. Calcular el valor de ΔH para el calentamiento a presión constante de un mol de nitrógeno
de 25 a 125 ˚C. 5.- Un mol de fluoruro de carbono se expande reversible y adiabáticamente hasta duplicar su volumen. Calcular el valor de C v para este gas si se sabe que la temperatura desciende de 25 ˚C a 24.71 ˚C. Evaluar también, el valor del exponente adiabático gama (ϒ), si la presión cambia de 1522.2 mm Hg a 613.85 mm Hg. Finalmente calcular ΔU y ΔH para el sistema. 6.- Un mol de un gas ideal monoatómico, se somete a una presión de 1000 kPa a 300 K. La presión se libera de repente a 100 kPa y el gas g as se expande adiabáticamente. Calcular la temperatura final, asi como Q, W, ΔU y ΔH. 7.- Un litro de aire seco a presión y temperatura normales, se expande hasta un volumen de 3 litros, a) en a) en forma isotérmica, b) en b) en forma adiabática; ambos procesos reversibles. Calcular: la presión final, la temperatura final, el trabajo, tr abajo, la variación de energía interna y de entalpia para ambos procesos.
8.- Tres mol de gas (modelo ideal) a 27 ˚C se expanden desde 20 L hasta 60 L: a) Contra una presión de oposición constante de 1 atm. b) En forma reversible. Calcular el trabajo realizado en a) y b) considerando temperatura constante y dar el resultado en calorías y en Joules. 9.- 200 cm3 de aire seco a 10 ˚C se expanden hasta que la presión disminuye a 1 atm. Calcular el volumen final y la temperatura final cuando la expansión es: a) isotérmica reversible y b) adiabática reversible. También obtener para cada caso los valores de W, ΔU y ΔH para el sistema.
Considere 9 x 10-2 moles de gas. 10.- Un mol de gas (modelo ideal) experimenta una expansión en una sola etapa contra una presión de oposición constante igual a 5 atm, desde 10 atm y 300 K hasta 5 atm de presión y 300 K en donde alcanza una altura de 10 cm. Cuál es la masa que alcanza esta altura durante la expansión? 11.- Una muestra de 32 g de metano inicialmente a 1 atm y 27 ˚C se calienta hasta 277 ˚C. La ecuación empírica para la capacidad calorífica molar del metano a presión constante es: Cp = 3 + 2 x 10-2 T·cal/mol·K. Considerando modelo ideal, calcular Q, W, ΔU y ΔH:
a) Para un proceso isobárico reversible. b) Para un proceso isocórico reversible.
12.- Hasta qué presión habrá que comprimir adiabática y reversiblemente una mol de aire, cuya presión inicial es de 1 atm a 0 ˚C, para que su temperatura se eleve hasta 6 00 ˚C y cuál será en este caso el trabajo de compresión? 13.- Usando un mol de gas (modelo ideal) monoatómico como fluido de trabajo inicialmente a 10 atm y 0 ˚C, el cual realiza los procesos reversibles que se muestran en la siguiente figura:
Ciclo A = (estados 1 2 3 1) Ciclo B = (estados 1 2’ 3 1) Indique los procesos involucrados en cada etapa y calcule Q, W, ΔU y ΔH para cada etapa y
para cada ciclo. 14.- considere la expansión de un mol de gas (modelo ideal) desde un volumen de 10 litros y atm de presión hasta 20 litros y 2 atm, manteniendo la temperatura constante e igual a 487 K. Calcular el trabajo realizado si: a) La presión externa se reduce a 2 atm y la expansión ocurre a esta presión constante. b) El gas se expande en dos etapas: i) Contra Pext = 3 atm hasta un volumen intermedio ii) Contra Pext = 2 atm hasta el volumen final. c) La expansión reversible. 15.- El helio se somete a un proceso politrópico reversible desde V 1 = 56.64 L y P1 = 0.98 atm hasta V 2 = 16.35 L y P 2 = 6.8 atm. Considerando que se realiza un trabajo de 9.54 Btu durante el proceso, determinar el valor de ɸ en PVɸ = K y encontrar Q. Considerar n=1mol.
