ProblemaspropuestosresueltosprimeraleytermodinámicaElaboradopor:ProfesoraPilarCristinaBarreraSilvaFísica,Universitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición19.11Cincomolesdeungasmonoatómicoconcomportamientoidealytemperaturainicialde127oCseexpanden.Alhacerloabsorben1,20X103Jdecaloryefectuan2,10X103Jdetrabajo.Determinelatemperaturafinaldelgas.Física,Universitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición19.24Cuandounacantidaddegasidealmonoatómicoseexpandeaunapresiónconstantede4,00x104Pa,elvolumendelgasaumentade2,00X10-3m3a8,00X10-3m3.¿cuántocambialaenergíainternadelgas?Física,Universitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición19.36Sepermitequeungasconcomportamientoideala4,00atmy350Kseexpandademaneraadiabáticaa1,50vecessuvolumeninicial.Calculelapresiónytemperaturafinalessielgases:a)monoatómico,b)diatómicoFísica,Universitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición

19.40Unacantidaddeairesellevadelestado𝑎alestado 𝑏siguiendounatrayectoriarectaenunagráficadePV.–verfigura-.(a)enesteproceso,¿latemperaturadelgas:aumenta,disminuyeonocambia?(b)SiVa=0,070m3,Vb=0,110m3,Pa=1,00X105PayPb=1,40X105Pa¿cuántotrabajoefectuaelgasenesteproceso?Suponercomportamientoidealparaelgas.

Física,Universitaria,volumen1,Sears-Zemansky,12edición19.36Unjugadorrebotaunbalóndebaloncestoenelpiso,comprimiéndoloaun80%desuvolumenoriginal,dentrodelbalónelaire(quesesuponeesencialmenteN2gaseoso)estáoriginalmenteaunatemperaturade20°Cyaunapresiónde2atm.Eldiámetrodelbalónes23,9cm(a)¿Aquétemperaturaelaireenelbalónalcanzarásumáximacompresión?(b)¿Cuántocambialaenergíainternadelaireentreelestadooriginaldelbalónysumáximacompresión?Solución:Seinfierequecambialapresión,elvolumenylatemperaturadentrodelbalónysepuedesuponerqueelairedentrodelmismoestáaisladodelmedioexternoesposibletratarelejerciciocomounprocesoadiabático(a)parahallarlatemperaturaparalamáximacompresión:

𝑇!𝑉!!!! = 𝑇!𝑉!

!!! Despejoyhallo𝑇!,si𝛾 = 1,4yaqueelN2esdiatómico,paso°CaK,entonces𝑇! = 320,51𝐾 = 47.4°𝐶

(b)Paraesteproceso:∆𝑈 = 𝑛𝐶!∆𝑇comoelgasesdiatómico𝐶! =!!!yhalloelnúmerodemoles

apartirdelaecuacióndeestado:

𝑃!𝑉! = 𝑛𝑅𝑇!Dondeelvolumen𝑉! =!!!!!

!= 7,14𝑋10!!𝑚!entonces𝑛 = 0,60 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠

Enconsecuencialavariacióndeenergíainternadelgases:∆𝑈 = 341 𝐽SearsZemansky,volumen1,11edición19.23Seaumentalatemperaturade5molesdegas,de-10°Ca20°C.Halleelcalorquesedeberátransferiralgassiésteesa)helioapresiónconstantede1,5atmb)Argónenunvolumenconstantede8,2m3c)C02apresiónconstantede20,0Pa

a)Helioesmonoatómico,apresiónconstante:𝑄 = 𝑛𝐶!∆𝑇 = 𝑛 !!𝑅∆𝑇 = 3117,75 𝐽

b)Argónesmonoatómico,avolumenconstante:𝑄 = 𝑛𝐶!∆𝑇 = 𝑛 !!𝑅∆𝑇 = 1870,7 𝐽

c)C02espoliatómico,Cv=28,46J/molK;apresiónconstante:𝑄 = 𝑛𝐶!∆𝑇 = 𝑛 𝐶! + 𝑅 ∆𝑇 =5516,10𝐽SearsZemansky,volumen1,11edición19.25Ungasconcomportamientoidealseexpandemientraslapresiónsemantieneconstante.Duranteesteproceso¿entracaloralgasosaledeél?JustifiquesurespuestaSilapresiónesconstante: ∆𝑈 = 𝑄 −𝑊; 𝑄 = ∆𝑈 +𝑊; 𝑄 = 𝑛𝐶!∆𝑇 + 𝑛𝑅∆𝑇,entoncesentracaloralsistema,yaquelatemperaturaseincrementa.SearsZemansky,volumen1,11edición19.12Sereducelapresióndeunsistemamientraselvolumensemantieneconstante.Sifluyecalorhaciaelsistemaduranteesteproceso,¿laenergíainternadelsistemaaumentaodisminuye?Expliquesurazonamiento.Avolumenconstantelaprimeraley.𝑄 = ∆𝑈 = 𝑛𝐶!∆𝑇,laenergíainternaaumenta,yaqueentracaloralsistema,temperaturaseincrementasi𝑄 > 0Serway,Física,volumen1,cuartaedición,McGrawHill

20.30Ungassellevaatravésdelprocesocíclicomostradoenlafigura(a)hallelaenergíatérmicanetatransferidaalsistemaduranteunciclocompleto(b)siseinvierteelcicloesdecirelprocesoseefectuaalolargodeACBA,¿cuáleslaenergíatérmicanetaquesetransfiereporciclo?

Serway,Física,volumen1,cuartaedición,McGrawHill

20.33Unamuestradegasidealseexpandealdobledesuvolumenoriginalde1,0m3enunprocesocuasiestáticoparaelcual𝑃 = 𝛼𝑉!con𝛼 = 5,0 𝑎𝑡𝑚/𝑚!,comoseveenlafigura.Halleeltrabajorealizadoporelgasenexpansión?

Serway,Física,volumen1,cuartaedición,McGrawHill20.35Unmoldeungasidealrealiza3000Jdetrabajosobrelosalrededoresconformeseexpandeisotérmicamentehastaunapresiónfinalde1atmyunvolumende25L.halle(a)elvolumeninicial(b)latemperaturadelgas