ESCUELA SUPERIOR POLITÉcNTcA DEL LIToRALFISICA B

cALoR, rRTMERA LEy DE LA TERMooTNÁvucA yrnonÍa cnrÉrrcA DE Los cASES

l. Un recipiente tiene una mezcla de dos gases n1 moles del gas I que tiene un calor específico molar de C1 y n2 moles de in gas 2con calor específico molar de C2. Determine el calor específico molar de la mezcla.Resp: C: (ntCt+ n2C)(n1+ n)

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INSTITUTO I}E CIENCIAS FISICAS

z. Las temperaturas de tres líquidos diferentes son mantenidas constantes a 15oC, 20"C y 25oC respectivamente. cuando masa

iguales áe los dos primerosiíquidos son mezcladas, la temperatura de equilibrio es de 18'C. Cuando masa iguales de los dos

,ilti-o, líquidos son mezcladas, la temperatura de equilibrio es de 24oc. ¿cuál será la temperatura de equilibrio cuando se

mezclan masas iguales del primero y tercer líquido?

Resp:27'C

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-:' 3. ¿Cuánto hielo a -20'C hay que mezclar con 250 g de agua a25 "C para que toda la mezcla termine en estado líquido a 0 oC

(Desprecie el calor específico del recipiente que contiene alamezcla y las pérdidas por conducción). Considere el calor latente de

fusión del hielo como 80 callgResp: 69.44 g

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at.ul 3\un tubo de vapor se cubre con un material aislante de 1.5 cm de espesor y 0.200 caVcmoC de conductividad térmica . ¿cuáúaenergíasepierdecadasegundoporcalorcuandoelvaporestáa200'-yeláirecircundanteseencuentra

a20.0,C?EItubotieneuna circunferencia de 20-0 cm y una longitud de 50.0 m. Ignore las pérdidas a través de los extremos del tubo.Resp: 2.40 + lÚ cat/s

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a5. Al mediodía, el Sol proporciona 1000 W a cada metro cuadrado de una carretera asfaltada. Si el asfalto caliente pierde energla

solo por radiación, ¿Cuál es su temperatura de equilibrio?Resp: j64 K

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6. U;."-ipii"t" * lu flrma de un cascarón esférico tiene un radio interior a y un radio'exterior b.Laparedtiene una conductividad

térmica É. Si el interior se mantiene a una temperatura T1 y el exterior a una temperaturaTT, calcule la rapidez de variación del

calor entre las superficies.Resp:4rkabQ,*f)/ft-a)

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7. Un gas está encerrado en un cilindro por medio de un émbolo que se mueve libremente. Si el gas sufre una dxpansión adiabática,

¿Cual de las siguientes afirmaciones es correcta?a. La temperatura del gas pennanece constanteb. La presión del gas pennanece const¿ntec. Se transfiere energía del entorno al gas

d. Disminuye la energía interna del gas

Resp: d

-E- 8. En un balón de 10 litros de volumen hay Helio a una presión de 105 Pa y una temperatura de 27 oC. Después de que se ha sacadol0 gramos de Helio, la temperatura descendió a 17oC. Detenninar la presión del Helio en el balón.Resp.: 9.6*l0a Pa

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9. Un pistón móvil sin fricción tiene una masa y espesor insignificantes. El pisión tieneencerrado un gas e¡ un cilindro, como se muestra en la figura. En la parte superiár del pistónhay una capa de niercurio que se extiende hasta la parte sulerior del cilindro y *ru

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la atnósfera. Al inicio la temperatura es 0 "C, y las alturas del mercurio y deigas miden, cadauna, 76.00 cm. Luego, se incrementa la temperafura y en el proceso se derrama la mitad delmercurio. Sin tomar en cuent¿ la dilatación térmica del mercurio, encuentre la temperaturafinal del gas.

Resp: 307.13 K

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10. Cinco moles de un gas ideal se expanden isotérmicamente a

a. El trabajo hecho Por el gas Y,

b. La energía térmica transferida al sistema

Resp: 23.1 hf, 23.1 kJ

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tZ7 "C hasta cuafo veces su volumen inicial. Encuentre:

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E - i r' si *n t"ru."" á. io t rn' á" on gu, ideal biatómico, cuya masa molecular es 29 g/mol que inicialmente esta a 5 atm d. pr*ió"a"

calienta desde una temperatura de 27 oC, hasta 80 oC, suministrándole 0.1 kcal. Se requiere:a. Graficar el proceso con las curvas isotérmicas indicando sus valores.b. Determinar la presión final.c. Calcular el trabajo realizado.d. Calcular el c_ambio de energia interna.Resp: 5.96*lf Pa, 0, 418.4 J

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12. Cuatro litros de un gas ideal diatómico (y: 1.40) confinados en un cilindro se someten a un ciclo gerrado. El gas estií a una

presión inicial de 1.00 atm y a 300 K. Primero, su presión se triplica bajo un volumen constante. A continuación se expande

adiabáticamente hasta su presión original, y por último se comprime isobáricamente hasta su voh¡men original.

a. Dibuje un diagrama PV de este ciclo.b. Determine el volumen del gas al final de la expansiónadiabática.c. Encuentre la temperatura del gas al principio de la expansión adiabática yd. la temperatura al final del ciclo.e. ¿Cuál fue el trabajo neto realizado en este ciclo?Resp: b) 8.79 L, Q 90A K, d) 300 K, e) 336 J

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.b,13. Considere la compresión isotérmica de 0.10 mol de un gas ideal a T:0 oC. La presión inicial es de 1.00 atm, y el volumen final

es de l/5 del inicial.a. Determine el trabajo requerido.b' ¿Intercambia calor el gas con el medio externo? En ese caso, ¿Cuánto y en qué dirección?c. ¿Cuál es la variación de energía intema?Resp: -365.12 J, 365.12 J haeia fuera, 0 J

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14. Cinco moles de gas ideal monoatómico realizan el siguiente ciclo reversible. Desde una temperatura de 330'C (1) se expandenadiabáticamente hasta una temperatura de 30 'C (2),luego se comprimen isotérmicamente hasta alcanzar su volumen inicial (3),para finalmente calentarlo a volumen constante hasta alcanzar su temperatura inicial.a. Realice un gráfico P-V con los datos antes mencionadosb. Determine el trabajo, el calor absorbido o expulsado, y el cambio de energía interna en cada procesoResp:

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-w 15. Durante una expansión adiabéúíca,la temperatura de 0.75 mol de O2bajade 40'C a l0oC. El 02 puede tratarse como un gas ideal:a. Dibuje el diagrama PZpara este proceso.b. ¿Cuánto trabajo realtza el gas?c. ¿Entra o sale calor del gas? Calcule la magnifud de este flujo de calor.d. Calcule AU.Resp: 280.46, 0, 280.46 J

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16. Una muestfa de gas ideal se expande al doble de su volumen original del.00 m3 en

un proceso cuasi-estático para el cual P : {tV', con ü : 5.00 atm,/mo, como se

muestra en la figwa. ¿Curinto trabajo realiza el gas en expansión?

Resp: L 18 MJ

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17. Un sistema termodinámico efectúa el proceso ciclico de la figura que se muestra a

continuación. El ciclo consiste de dos lazos cerrados, el I y el II.a. En un ciclo completo, ¿El sistema efectua trabajo positivo o negativo?b. En cada uno de los ciclos, ¿El trabajo neto realizado por el sistema es positivo onegativo?c. En un ciclo completo, ¿Entra o sale calor del sistema?d. En cada uno de los lazos, ¿Entra o sale calor del sisfema?

Resp: a) Positivo, b) I positivo, II negativo, c) Positivo, d) I posirivo, II negativo

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18. si un sistema sJrG* ¿es¿e "t

esta¿o a ¿ o G ru rigui""t" fig*t po. ei ia-i.toacb, fluyen al sistema 90.0 J de calor y el sistema realiza70.O J de trabajo.a. ¿Cuárnto calor fluye al sistema por el carnino adb si el trabajo efectuado por elsistema es de 15.0 Jb' Cuando el sistema se lleva de b hacia a por el camino curvo, el trabajo efectuado porel sistema es de 45.0 J. ¿Cuánto calor absorbe o libera el sistema?c. Si Ua : 0 y Ud: 8.0 J, calcule el calor absorbido en los procesos ad y db.Resp: 35 J, Iibera 65 J, 23 Jy 12 Jrespectívaffiente

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19. Un gas ideal se comprime a la mitad de su volumen original mientras su temperatura se mantiene constante. a) Si 1000 J de

energía se extraen del gas durante la compresión, ¿Cuánto trabajo se realiza sobre el gas? b) ¿Cuál es el cambio de energía internadel gas durante la compresién?Resp.: a) I kl; b) 0

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20- Un mol de gas ideal se calienta lentamente de modo que pasa del estado PIl ei, Vi) al estado (3Pi, 3Vi) de tal manera que la

presión del gas es dirgctamente proporcional al volumen.

a. ¿Cuiánto Eabajo se efectua en el proceso?

U. ¿COmo se relaciona la temperatura del gas con su volumen durante este proceso?

Resp: a) 4PíVi, b) T: Pi/(nRYi)V

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21. tJncilindro contiene r moles de un gas ideal que experimenta un proceso adiabático. Demuestre que el trabajclrealizado es:

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ó' zz. I)ot *of"t Jt * g* ia"ur tt: lJol se expande lenta y adiabáticamente desde ,rn" p."rion O" -o ut* y un volumen de 12.0

litros hasta un volumen final de 30.0 litros.a. ¿Cuál es la presión final del gas?b. ¿Cu.íles son las temperaturas inicial y fmal?Resp:1.39 atm,365 K 254 K

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23. Durante 30 s, 500 granizos golpean una ventana de vidrio de 0.60 m2 a un ángulo de ,1S" respecto "

lu *p.rfi"i" d" fu u.***Cada granizo tiene una masa de 59 y una velocidad de 8 m/s. Si las colisioner soo elásticai, encuentre

-la fuerza y la presión

promedio sobre la ventaria.Resp: 0.943 N, 1.57 N/m2

"D¡]=:

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24. ¿Qué le ocurre a la presién de un gas si la velocidad de sus moléculas se duplica sin que varle su volumen?a. La presión se duplicab. La presién no cambiac. La presión se incrementa por un factor de 4d. La presión se incrementa por un factor de 3/2Resp: c

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25- Un globo esftrico de 4000 cm3 de volumen contiene helio a una presión (interna) de 1.2*105 N/mz. ¿Cuifurtos moles de helio hayen el giobq si cada átomo de helio tiene una energía cinética promedio de 3.6*10-22 J?Resp: i.32 mol

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K= 3,6*l-o )

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26. Dos gases de diferente masa se encuentran dentro de un recipiente que se encuenfra a la misma temperatwa. De esto se puede

deducir que para los dos tipos de gases:

a. La energla cinética de las moléculas es la mismab. La velocidad cuadrática media de las moléculas es la mismac. Las moléculas más livianas se mueven más despacio que las más pesadas

Resp: a

27. Suponga qrr" pu.ti"of* muy finas de humo esüín suspendidas en el aire. La velocidad cuadrática media de una partícula de humoes de 4.9*10-3 rnls y la temperatua es de 295 K. Encuenfe la masa de la partfeula.

Resp: 5.A87*1616 kg

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