PRIMERA LEY DE LA TERMODINÀMICAEJERCICIOS

1. tres moles de gas argón (Cp = 2,5 R) cuyo comportamiento es ideal, inicialmente a la temperatura de 20º C, ocupa un volumen de 10 L. El gas experimenta una expansión reversible a presión constante hasta un volumen de 20 L; luego se expande en forma adiabática hasta que regresa a su temperatura inicial. a) Calcule q, w, ∆U y ∆H de cada etapa y de todo el proceso, b) grafique el proceso en un diagrama P-V

2. Una muestra de 4 L de gas ideal diatómico (Cp = 3,5 R), confinado en un cilindro se lleva a través de un ciclo cerrado. Al inicio el gas esta a 1 atm y a 300 K. Primero su presión se triplica bajo volumen constante. Luego se expande adiabáticamente a su presión original. Por último, el gas se comprime isobáricamente a su volumen original. a) Dibujar un diagrama P-V de este ciclo, b) Determinar el volumen del gas después de la expansión adiabática. c) Encontrar el trabajo neto en el gas durante el ciclo. Todos los procesos son reversibles.

3. Una maquina térmica usa 0,35 moles de un gas ideal diatómico (Cv = 2,5 R) ideal y ejecuta el ciclo mostrado en la figura. El proceso de 2→3 es adiabático. Calcular q, w, ∆U y ∆H en cada etapa y para el ciclo completo. Todas las etapas son reversibles.

4. Si 120 g de gas ideal N2 (Cp = 3,5 R) ocupan un volumen de 40 L a una temperatura de 30 oC, dicho gas sufre un proceso a volumen constante hasta que la presión sea la decima parte del estado inicial, seguidamente se comprime adiabáticamente hasta llegar a su temperatura inicial para finalmente expandir el gas isotérmicamente hasta su estado inicial. Todos los procesos son reversibles.a) Dibuje el diagrama P-T b) Calcula la presión, temperatura y volumen para cada estado c) Determine w, q, ∆U y ∆H para cada proceso y el proceso cíclico.

5. Una mol de un gas ideal (Cv = 20,9 J.mol-1.K-1) inicialmente a 1 atm y 25 oC describe el proceso cíclico reversible como se muestra en la figura.

a) Dibuje el diagrama P-V b) Calcule la variables termodinámicas que falten (T, P y V) c) Calcule w, q, ∆U y ∆H para cada uno de los procesos y para el ciclo.

C (PC, TC, VC)B (2atm, TB, VB)A (1atm, 25oC, VA)Adiabático Isotérmico

Isobárico

6. Dos moles de un gas ideal ocupa un volumen de 2 litros y una presión de 3 atm. El proceso se inicia con el calentamiento isobárico, en el que se genera un trabajo de expansión igual a -3042 J, en seguida el gas es enfriado adiabáticamente hasta llegar a la temperatura inicial, observándose en este proceso un cambio de energía interna igual a -5361 J y finalmente se retorna a su estado inicial por proceso isotérmico. Considere que todos los procesos son reversibles.

a) Dibujar el diagrama P-V

b) Determinar w, q, ∆U y ∆H para cada proceso y para el proceso cíclico.

7. Cinco moles de gas CO2 se lleva a través de un proceso termodinámico cíclico, como se muestra en la figura. El ciclo consta de tres etapas reversibles: una expansión isotérmica ab a 300 K, una compresión isobárica bc y un aumento de presión a volumen constante ca. Si Pa = 5 atm y Pb = 1 atm, calcular: a) El trabajo total realizado por el gas durante el ciclo si

su comportamiento es ideal.b) El trabajo total realizado por el gas durante el ciclo si

su comportamiento es real y es descrito por la ecuación de Van der Waals.

8. Dos moles de O2, inicialmente a una presión de 20 atm y 35 oC, realiza el siguiente ciclo constituido de las siguientes etapas reversibles: 1→2 compresión adiabática hasta llegar a la temperatura de 200 oC; 2→3 se enfría a volumen constante hasta la presión inicial; 3→1 se calienta isobáricamente hasta llegar a la temperatura de 35 oC. Calcular el q, w y ∆U en cada etapa y para el ciclo completo.

La capacidad calorífica es Cv = 5,2 cal/mol.K, utilice la siguiente ecuación de estado P= RT

V−b o lo

que es lo mismo P= RTn

V−nb . Para el valor de “b” utilice las tablas de Van der Walls.

9. Tres moles de H2(g) (Cp = 29,02 – 8,35.10-4T; Cp en J/mol.K y T en K) responden a la ecuación

P= RTV−b donde b = 0,027 L/mol, se hallan a 20 atm de presión y 300 K de temperatura, luego

sufre un cambio isocòrico reversible hasta 400 K, después se expande en forma reversible e isotérmica hasta la presión inicial y finalmente se comprime reversible e isobáricamente hasta el volumen inicial.a) Calcule P, V y T para cada estado termodinámico.b) Haga una gráfica o diagrama P-V.c) Halle w, q, ∆U y ∆H para cada proceso y también para todo el proceso cíclico.

10. Una muestra de CO2 que consiste en 2 moles con Cv = 7,6 cal/mol.K, se halla inicialmente a 4 atm y 45 oC. Sufre una expansión adiabática reversible hasta que el trabajo de expansión sea igual a 600 J, sigue con un proceso reversible a volumen constante y a continuación un proceso isotérmico reversible que le lleva a su estado inicial. Asuma que el CO2 puede ser modelado por la siguiente ecuación de estado:

P= RTV−b , el valor de b se puede sacar de tablas de contantes de Van der Waals.

a) Dibujar el diagrama P-Vb) Determinar w, q, ∆U y ∆H para cada etapa y para el proceso cíclico total.