Escuela de Nivel Medio Superior de LeónProblemario: Primera Ley de la TermodinámicaFísica 4, octubre 2009Prof. J. Pablo Aranda

1. En cierto proceso, 8 kcal de calor se suministran a un sistema mientras éste efectúa un trabajo de 6 kJ. ¿En cuánto cambió la energía interna del sistema durante el proceso?

2. ¿En cuánto cambia la energía interna de 5 g de hielo exactamente a 0 ºC al transformarse en agua a 0 ºC? Desprecie el cambio en el volumen.

3. La figura representa un proceso termodinámico. En el proceso ab se suministran 600 J de calor, y en el bd, 200 J. Hallar: (a) la variación de energía interna en el proceso ab; (b) la variación de energía interna en el proceso abd; y (c) el calor total suministrado en el proceso acd.

4 Un gramo de agua se convierte en 1671 cm3 de vapor cuando hierve a 1 atm de presión. El calor de vaporización a esta presión es de 2256 J/g. Calcular el trabajo externo y el incremento de energía interna.

5. Encuentre W y ΔU para un cubo de hierro de 6 cm de lado, cuando se calienta de 20 ºC hasta 300 ºC a presión atmosférica. La densidad, la capacidad calorífica y el coeficiente de dilatación lineal para el hierro son respectivamente 7.87 g/cm3, 0.107 cal/g·ºC y 1.2 × 10-5 ºC-1.

6. Un gas está encerrado en un contenedor ajustado con un pistón de 0.10 m 2 de área de sección transversal. La presión del gas se mantiene a 8000 Pa mientras se añade lentamente calor al sistema, de manera que el pistón es empujado hacia arriba una distancia de 4.0 cm. Si se han añadido 42 J de energía al sistema por calor durante la expansión, ¿cuál es el cambio de energía interna si el proceso es isobárico?

7. 2.0 kg de agua se mantienen a un volumen constante en un contenedor mientras se añaden, lentamente, 10.0 kJ de energía calorífica mediante una flama. El contenedor no está perfectamente aislado, de modo que 2.0 kJ de energía abandonan el sistema hacia los alrededores. ¿Cuál es el incremento de temperatura en el agua?

8. A sample of monatomic ideal gas occupies 5.00 L at atmospheric pressure and 300 K (point A in Figure P21.67). It is heated at constant volume to 3.00 atm (point B). Then it is allowed to expand isothermally to 1.00 atm (point C) and at last compressed isobarically to its original state. (a) Find the number of moles in the sample. (b) Find the temperature at points B and C and the volume at point C. (c) Assuming that the molar specific heat does not depend on temperature, so that U = 3nRT /2 find the internal energy at points A, B, and C. (d) Tabulate P, V, T, and U for the states at points A, B, and C. (e) Now consider the processes A → B, B → C y C → A. Describe just how to carry out each process experimentally. (f ) Find Q, W, and ΔU for each of the processes. (g) For the whole cycle A → B → C → A find Q, W, and ΔU.

9. Una bala de 100 g (c = 0.030 cal/g·ºC) está inicialmente a 20 ºC. Se dispara en línea recta hacia arriba con una rapidez de 420 m/s, y en su regreso al punto de partida choca con un bloque de hielo a 0 ºC. ¿Cuánto hielo se funde? Desprecie la fricción de la bala con el aire.

10. La relación de compresión de determinado motor diesel es 15. Esto indica que el aire en los cilindros se comprime a 1/15 de su volumen inicial. Si la presión inicial es 1.0 × 10 5

Pa y la temperatura inicial es de 27 ºC, hallar la presión final y la temperatura después de la compresión. El aire es fundamentalmente una mezcla de oxígeno y nitrógeno, y γ = 1.40.

11. ¿Cuánto trabajo realiza el gas del problema anterior durante la compresión, si el volumen

inicial del cilindro es 1.0 × 10-3 m3?

12. Considere la compresión isoterma de 0.10 mol de un gas ideal a 0 ºC. La presión inicial es 1 atm y el volumen final es 1/5 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 interna?

13. Durante una expansión adiabática, la temperatura de 0.1 mol de oxígeno desciende de 30 ºC a 10 ºC. ¿Cuánto trabajo realiza el gas? ¿Cuánto calor se ha suministrado?

14. La temperatura de 5 kg de gas nitrógeno se eleva desde 10 ºC hasta 130 ºC. (a) Si esto se realiza a volumen constante, determine el aumento en energía interna. (b) De manera alternativa, si el mismo cambio de temperatura ahora ocurre a presión constante, determine tanto ΔV como el trabajo externo W que realiza el gas.

15. Para el gas nitrógeno, cv = 740 J/kg·K. Si se supone que se comporta como un gas ideal, determine su calor específico a presión constante.

16. ¿Cuánto trabajo realiza un gas ideal al expandirse isotérmicamente desde un volumen inicial de 3 litros a 20 atm, hasta un volumen final de 24 litros?

17. 20 cm3 de un gas monoatómico a 12 ºC y 100 kPa se comprimen súbita y adiabáticamente a 0.50 cm3. Suponga que se trata de un gas ideal. ¿Cuál será su presión y su temperatura después de la compresión?

18. Cinco moles de gas Neón a 2 atm y 27 ºC se comprimen adiabáticamente a un tercio de su volumen inicial. Encuentre la presión y temperatura finales y el trabajo externo efectuado sobre el gas.

______________________________________________

Tarea #6: Física General (F. Bueche, serie Schaum) Pag 188-189: Problemas 21, 22, 24, 28, 29, 30, 32, 33, 35, 40, 41, 42. Entregar el viernes 16 de octubre

Problema 3

Problema 8