Escuela de Ingenierías Industriales y Civiles
EJERCICIOS TERMODINÁMICA 1.- Se mezclan en un calorímetro (equivalente en agua 10 g), 100 g de hielo a 10ºC con 200 g de agua a 80ºC. Determinar: a) Significado de equivalente en agua de un calorímetro. b) Temperatura final de la mezcla. c) Cantidad de vapor de agua a 100ºC que habría que introducir para que la temperatura final fuese de 90ºC. Datos: (Calor específico del hielo 0,5 cal/(g ºC). Calor latente de fusión del hielo l f 80 cal / g . Calor latente de vaporización del agua lV 540 cal / g ) Solución: b) T=26,8ºC , c) 35,6g 2.- Hallar la variación de energía interna que sufre 1 g de agua al pasar de estado líquido a gas a 100ºC y a la presión de una atmósfera. (Calor latente de vaporización del agua lV 540 cal / g ) Solución: U 499cal 2086 J 3.- Calcular la variación de energía interna experimentada por 100 g de oxígeno cuando su temperatura pasa de 12ºC a 80ºC a la presión constante de una atmósfera. Solución: U 1, 06 103 cal 4, 43 103 J 4- Calcular la variación de entropía que tiene lugar cuando 40 g de hielo se funden a 0ºC. (Calor latente de fusión del hielo l f 80 cal / g ) Solución: S 48,9 JK 1 5.-Se dispone de un mol de oxígeno a temperatura de 300 K en un émbolo sometido a la presión atmosférica. a) Se calienta a presión constante hasta duplicar su volumen. b) Después, manteniendo constante la temperatura alcanzada anteriormente, se comprime hasta que ocupe el volumen inicial. c) Finalmente se enfría para que, manteniendo ese volumen, recupere la presión inicial. Representar en un diagrama P-V lo tres procesos del ciclo y hallar los valores P, V, y T de los tres vértices. ¿qué cantidad de calor ha absorbido el gas en el apartado a) y b) Calor que desprende en el apartado c. Solución: a) Q=2090 cal , b) Q=-1490 cal
5.-En el ciclo reversible de la figura, AB es un proceso a volumen constante, BC es una isoterma y CA una isobara. El ciclo lo recorre un mol de gas ideal diatómico. En A es: PA=3 atm, VA=10 l y en B PB=6 atm. Calcular: a) Las variables de estado en A, B, y C
B
P
A
C V
b) Q, U e S para cada uno de los procesos Solución:a) PA 3 atm;VA 10l ; TA 366 K ; PB 6 atm;VB 10l ; TA 732 K ; PC 3 atm;VC 20l ; TC 732 K b) QAB 1820cal , U AB 1820cal , S AB 3, 45cal / K ; QBC 1010cal , U BC 0, S BC 1,38cal / K ; QCA 2550cal , U CA 1820cal , SCA 4,83cal / K 6.-Se tienen 8 kg de oxígeno en un estado determinado por : PA=2 atm, y TA=400K. Lo dejamos expansionar adiabáticamente hasta un estado B tal que PB=1 atm, luego lo calentamos a presión constante hasta un estdo C con TC= TA=400K. finalmente lo comprimimos isotérmicamente hasta el estado inicial. a) Representar los procesos en un diagrama P-V. b) Calcular el calor cedido o absorbido en cada una de las transformaciones. Solución: QAB 0, QBC 1, 25 105 cal , QCA 1,38 105 cal
7.-Un mol de gas ideal, para el cual cV
3 R , recorre un ciclo de Carnot 2
A ,B,C,D,A, conociéndose TA . Si el volumen en B es el triple del volumen en A y el volumen en C el triple del volumen en B, expresar en términos de TA : a) el rendimiento; b) El trabajo y la variación de entropía en AB; c) la variación de energía interna en el ciclo. Nota: recordar que en un ciclo de Carnot AB y CD son isotermas, mientras que BC y DA son adiabáticas. Solución: 0,52;WAB RTA ln 3, S AB R ln 3; U ciclo 0