Termodinámica

1.-Se monta el experimento de Joule (ver figura) para medir el equivalente mecánico del calor, de forma que el árbol giratorio de eje vertical, provisto de paletas, gire a razón constante de 1000 vueltas por minuto, el par resistente que opone el agua es de 124 N cm. La masa del calorímetro, del árbol y de las paletas es de 500 g. la masa del agua es de 2000 g. El calor específico del material del que está hecho el calorímetro es de 0.1 cal/g ºC. El valor encontrado para J fue de 4.176 J/cal. Calcular el aumento de temperatura que en cada minuto experimenta la masa de agua.

2.-En un vaso de cobre, que pesa 1.5 kg, contiene un bloque de hielo de 10 kg a la temperatura de -10 ºC, se inyecta 5 kg de vapor de agua a 100 ºC.

• Determinar el estado de la mezcla.

Calor específico del cobre 397 J/kg ºK. Calor de fusión del hielo 334 400 J/kg. Calor específico del agua 4180 J/kg ºK. Calor específico del hielo 2090 J/kg ºK.Calor de licuefación del vapor del agua 2 257 200 J/kg.

3.-¿Qué cantidad de calor hace falta para duplicar el volumen en una transformación isóbara de 50 l de oxígeno que se encuentra a 27 ºC y 2 atm de presión?. Dato c_v=5R/2.

• Calcular la temperatura final y la variación de energía interna.

4.- ¿Qué cantidad de calor hace falta para duplicar la temperatura en una transformación isócora de 100 l de hidrógeno a 3 atm de presión y 300 ºK de temperatura?. Dato c_v=5R/2.

5.-Se realiza una transformación isoterma en un gas perfecto, desde un volumen de 10 l, presión de 5 atm a la temperatura de 300 ºK hasta que se reduce el volumen a la mitad. Calcular

· La presión final del gas

· El número de moles

· Trabajo y calor en la transformación

 

6.-Un gas perfecto diatómico experimenta una expansión adiabática desde un volumen de 2 l, a la presión de 2 atm y temperatura de 300 K, hasta que su temperatura final sea la cuarta parte de la inicial. Se pide calcular:

· El volumen y la presión final

· El trabajo y la variación de energía interna en la transformación

7.-Dos moles de un gas diatómico describe el ciclo de la figura. Calcular el valor de las variables termodinámicas desconocidas en los vértices A, B y C.  Dato cv=5R/2, p1=2 atm, p2=4 atm, TA=300 ºK, AB es una transformación adiabática. · Hallar de forma explícita el trabajo en cada etapa del ciclo (Expresar los resultados en Joules) · Hallar el calor, y la variación de energía interna completo. Interpretar el resultado. · Hallar el rendimiento del ciclo R=0.082 atm l/(ºK mol) 1 cal= 4.186 J. 1 atm = 1.013 105 Pa

8.-En el ciclo de Carnot de de un gas monoatómico representado en la figura, confeccionar una tabla en la que se especifique la presión, volumen y temperatura y energía interna de cada vértice. Dato cv=3R/2 Hallar la variación de energía interna, trabajo y calor en cada transformación. El calor absorbido, el calor cedido, el trabajo efectuado y el rendimiento del ciclo.

9.- Una central térmica calienta el vapor hasta 500 ºC. Si el agua del río donde refrigera el condensador tiene una temperatura de 15 ºC. ¿Cuál es el máximo rendimiento de la central?.

10.-Calcular la variación de entropía al mezclar 1 kg. de agua a 0 ºC con otro a 100 ºC

11.-Hallar la variación de energía interna y de entropía que se produce al fundir 1 kg. de hielo a la presión normal (la densidad del hielo es de 0.9 g/cm3 y la del agua 1 g/cm3)