Repartido de ejercicios N2

Fsica I para Licenciaturas de Fsica y Matemticas

Facultad de Ciencias - Instituto de Fsica

PRCTICO N 12

FSICA I -Licenciaturas de Fsica y MatemticasDatos: R = 8.3145 J/mol.K = 0,08206 L.atm/mol.K; k = 1,38066(10-23 J/K; 1 atm = 1,01325(105Pa

Agua: c = 1,00 Cal/kg.C = 4,186J/kgC; Lfusin = 3,33(105J/kg; Lvaporizacin = 2,26(106J/kg

Los ejercicios de R.H.K. usan la convencin para el trabajo: (por lo que el trabajo realizado sobre el sistema en una expansin es negativo) y el Primer Principio se escribe como: U=Q+W

Ejercicio 1.-(L.B. 20.38) Un recipiente metlico aislado de 5,00 kg de masa contiene 20,1 kg de agua. Un trozo del mismo metal, de 2,50 kg, que inicialmente est a 190 C. se sumerge en el agua. Si la temperatura del agua sube de 16,0 C a 17,8 C, calcule el calor especfico del metal.

Ejercicio 2.- (L.B. 20.59) Un vaso de 118,3 mL de vodka (mitad de alcohol etlico y mitad de agua, volumen), que originalmente est a 20,0 C, se enfra al agregarle 15,0 g de hielo a 0,00 C. Si todo el hielo se funde cul es la temperatura final de la bebida? El calor especfico del alcohol etlico es 2,45 kJ/kgK y su densidad es 789 kg/m3. No considere la capacidad calorfica del vidrio ni alguna entrada de calor procedente del ambiente.

Ejercicio 3.- (R.H.K. 25.16) Qu masa de vapor a 100 C debe mezclarse con 150 g de hielo a 0,00 C, en un recipiente trmicamente aislado, para producir agua lquida a 50,0 C?

Desprecie la capacidad calorfica del recipiente.

Ejercicio 4.- (R.H.K. 25.18) a) Dos cubos de hielo de 50,0 g cada uno se dejan caer en 200 g de agua en un vaso. Si el agua estaba inicialmente a una temperatura de 25,0 C, y el hielo vena directamente de un congelador a 15,0 C, cul es la temperatura final de la bebida?

b) Si slo se hubiera usado un cubo de hielo en (a), cul sera la temperatura final de la bebida?

Desprecie la capacidad calorfica del vaso.

Ejercicio 5.- (R.H.K. 25.27) Una muestra de 4,34 mol de un gas diatmico ideal experimenta un aumento de temperatura de 62,4 K bajo condiciones de presin constante.

a) Cunto calor se aadi al gas?

b) En cunto aument la energa interna del gas?

(Tngase en cuenta la ecuacin U = Eint = N(5/2kT) = 5/2nRT (gas diatmico))

c) En cunto aument la energa cintica interna de traslacin del gas?

Ejercicio 6.- (R.H.K. 25.32) Un gas encerrado en una cmara pasa por el ciclo mostrado en la figura. Determine el calor neto aadido durante el proceso CA si QAB = 20 J, QBC = 0 y WBCA = 15 J.

Ejercicio 7.- (R.H.K. 25.39) Cuando un sistema se lleva del estado i al estado f a lo largo de la trayectoria iaf en la figura, se encuentra que Q = 50 J y W = 20 J. A lo largo de la trayectoria ibf, Q = 36 J.

a) Qu valor tiene W a lo largo de la trayectoria ibf?

b) Si W = + 13 J para la trayectoria curva de regreso fi, qu valor tiene Q para esta trayectoria?

c) Considere que Eint,i = 10 J. Cunto vale Eint,f ?

d) Si Eint,b = 22 J, halle Q para el proceso ib y para el proceso bf.

Ejercicio 8. Tres moles de un gas ideal que se encuentra en el estado inicial A (P = 12 atm y T = 500 K) describen un ciclo. Primero se expande en forma isotrmica hasta alcanzar el estado B, luego experimenta un proceso a volumen constante hasta que alcanza al estado C (P = 3 atm y T=370K), a partir del estado C experimenta una compresin isotrmica hasta alcanzar el estado D y finalmente evoluciona en un nuevo proceso iscoro DA hasta completar el ciclo.

a) Representar el ciclo en el diagrama P-V.

b) Determinar el volumen del gas en los A, B, C y D.

c) Calcular el trabajo total realizado por el gas y el calor intercambiado en el ciclo.

Ejercicio 9.- Un mol de un gas monoatmico ideal (considerar CV = 3/2 R y CP = 5/2 R) describe un ciclo constituido por tres procesos. El proceso AB es a volumen constante aumentando la temperatura desde el estado A (T = 300K) al estado B (T = 600K), el proceso BC es una expansin adiabtica con TC = 455 K y finalmente el proceso CA es una compresin isobrica.

a) Representar el ciclo en el diagrama P-V.

b) Determinar el calor Q, la variacin de energa interna U y el trabajo W para cada uno de los tres procesos y para el ciclo completo.

c) Si la presin inicial en el punto A es de 1,00 atm, hallar la presin y el volumen en los puntos B y C.

Ejercicio 10.- (R.H.K. 25.41) Sea 20,9 J el calor aadido a determinado gas ideal. Como resultado, su volumen cambia de 63,0 a 113 cm3 mientras que la presin permanece constante a 1,00 atm.

a) En cunto cambi la energa interna del gas?

b) Si la cantidad de gas presente es de 2,00 ( 10-3 mol, halle la capacidad calorfica molar a presin constante.

c) Halle la capacidad calorfica molar a volumen constante.

Ejercicio 11.- (R.H.K. 25.43) Una mquina lleva 1,00 mol de un gas monoatmico ideal alrededor del ciclo mostrado en la figura. El proceso AB tiene lugar a volumen constante, el proceso BC es adiabtico y el proceso CA tiene lugar a presin constante.

a) Calcule el calor Q, el cambio en la energa interna (U y el trabajo W para cada uno de los tres procesos y para el ciclo total.

b) Si la presin inicial en el punto A es de 1,00 atm, halle la presin y el volumen en los puntos B y C.

Ejercicios Opcionales

0.1.- Parcial julio de 2001 Un mol de un gas ideal monoatmico se somete al ciclo representado en la figura. El proceso b-c es isotrmico.

a) Determinar, para cada uno de los procesos a(b, b(c y c(a la cantidad de calor , la variacin de energa interna y el trabajo .

b) Determinar, la cantidad de calor , la variacin de energa interna y el trabajo para todo el ciclo, recorrido en el sentido a-b-c. Determinar si este proceso es motor o refrigerador.

0.2.- Parcial julio 2002 Un gas ideal que esta inicialmente a una temperatura de 300 K, se somete a una expansin isobrica a una presin de 2,50 kPa. Si el volumen durante este proceso aumenta de 1,00 a 3,00 m3, y se transfiere al gas un calor de 12,5 kJ:

a) Cul es la variacin de la energa interna?

b) Cul es la temperatura final?0.3.- Examen agosto 2001 Considere el ciclo de Carnot de la figura. El ciclo esta constituido por dos adiabticas 23 y 41, y dos isotermas 12 y 34, de temperaturas respectivas y . El ciclo es recorrido por un mol de un gas ideal monoatmico. Se conocen los volmenes de los puntos 3 y 4: V3 = 5,00 L y V4 = 2,00 L. Calcule:

a) los valores del volumen y la presin para los 4 puntos que conforman el ciclo 1, 2, 3 y 4.

b) el calor, el trabajo y la variacin de energa interna para cada uno de los cuatro tramos 14, 43, 32 y 21.0.4.- Examen diciembre 2001 Cuando se hace pasar un sistema del estado A al estado B siguiendo la trayectoria ACB, se encuentra que fluye hacia el sistema una cantidad de calor igual a 50 cal, y el sistema realiza un trabajo de 20 cal (o sea, Q = 50 cal y W = -20). Si W = -13 cal para la trayectoria ADB, cunto vale Q, para esa trayectoria?

(Nota: El trabajo se considera positivo si se realiza sobre el sistema.)

0.5.- Examen marzo 2003 Un gas ideal se somete al proceso cclico mostrado en la figura.

a) Dibuje un diagrama PV para este ciclo. Justifique adecuadamente la forma del los tramos del diagrama PV

b) Identifique las etapas en las cuales el gas absorbe calor y aquellas en las que cede calor. Indique tambin si no hay transferencia de calor.

0.6.- Examen Ingeniera abril 2001 Un sistema formado por 50 g de hielo y 100 g de agua estn en equilibrio en un recipiente cerrado de capacidad calorfica despreciable. Al sistema se le agregan 12(g de vapor de agua a 100 C y 1,00 atm. La temperatura de equilibrio final del sistema, en C, es:

a) 12,3b) 8,70c) 22,7d) 14,0e) 32,10.7.- Examen Ingeniera marzo 2000 Un gas monoatmico ideal ocupa un volumen de 1,0(10-3 m3 a 50C y 2,0atm. El gas sufre una expansin adiabtica que duplica el volumen. El cambio de energa interna del gas, en Joules, es:a) 1,1 ( 102 b) 5,4 ( 103 c) -5,4 ( 103 d) -5,4 ( 102 e) -7,8 ( 103 0.8.- Examen Ingeniera marzo 2000 Un cubo de hielo de una masa de 100g cuya temperatura es de 8C se introduce en un recipiente aislado del ambiente y de capacidad calorfica despreciable, el cual contiene 190g de agua a 40C. La temperatura final de equilibrio, en C, es:

a) 14 b) 21 c) 12 d) 16 e) 0 0.9.- Examen Ingeniera julio 2000 En un recipiente aislado que contiene 180,0g de agua a 20,0C se colocan 30,0g de hielo a 10C y 120,0g de un metal de 0,180kJ/kgC de calor especfico y cuya temperatura es de 80,0C. El estado final del sistema es:

a) metal y agua a la temperatura de 6,8C.

b) metal, agua y 1,2g de hielo a 0C.

c) metal y agua a la temperatura de 0C.

d) metal y agua a la temperatura de 3,2C.

e) metal, agua y 4,5g de hielo a 0C.

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A (

P

T

(D

P

V

( B

C (

C

B

A

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PAGE Repartido de ejercicios N 12 - 2004

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