Termodinamica

SEMANA N 11

Fsica

SEMANA 11

TERMODINMICAConstantes y equivalencias usadas en este captulo:

R = 8,31 J/mol K ; 1 atm = 105 Pa ; 1 cal = 4,2 J

1. Un tanque cilndrico de acero, lleno de helio, tiene un pistn que puede moverse libremente. Cuando se altera la temperatura del gas el volumen vara, manteniendo la presin a 1 atm, se tomaron lecturas de varios valores del volumen del gas para diferentes temperaturas, los resultados se muestran en la grfica, a partir de estos datos experimentales, estime el nmero de moles de helio en el cilindro.

A) 0,1

B) 0,2

C) 0,3

D) 0,4

E) 0,5

RESOLUCIN

Del grfico, pendiente de la recta:

PV = m R T

m = 0,2 mol

RPTA.: B2. Se calienta un gas monoatmico de modo que se dilata a presin constante. Qu porcentaje del calor suministrado al gas pasa a incrementar su energa interna?

A) 10 %

B) 20 %

C) 30 %

D) 40 %

E) 60 %

RESOLUCIN

RPTA.: E3. Se tiene 4 moles de gas helio contenidos en un cilindro de acero inoxidable a una temperatura de 27 C, el sistema se calienta a volumen constante hasta una temperatura de 227 C. Qu cantidad de calor ha transferido al gas para incrementar su temperatura? ( CV = 12,5 J/mol )

A) 3 5 00 J

B) 5 000 J

C) 7 500 J

D) 9 500 J

E) 10 000 J

RESOLUCIN

Q = 10 000 J

RPTA.: E4. Calcular el trabajo realizado por 1 moles de un gas ideal que se mantiene a 27,0 C durante una expansin de 3,0 litros a 12,0 litros. (Ln 2 = 0,7)

A) 1 446 J

B) 1 745 J

C) 2 700 J

D) 3 490 J

E) 5 235 J

RESOLUCIN

W = 3 490 J

RPTA.: D5. Un gas monoatmico ideal con volumen inicial de 2 m3 y una presin de 500 Pa se expande isobricamente y alcanza un volumen de 4 m3 y una temperatura de 120 K. Luego se enfra a volumen constante hasta que su temperatura es de 60 K. Finalmente se expande a presin constante hasta un volumen de 8 m3. Calcule el calor total realizado por el gas en este proceso.

A) 1 000 J

B) 1 500 J

C) 2 000 J

D) 2 500 J

E) 5 000 J

RESOLUCIN

( Isobrico

( Iscoro

( Isobrico

RPTA.: E6. Un recipiente provisto de un mbolo liso, contiene un gas ideal que ocupa un volumen igual a 5 x 103 m3, a una presin de 100 kPa, qu cantidad de trabajo realiza el gas sobre el mbolo cuando se expande isobricamente de 27 C hasta 87 C?

A) 1 J

B) 10 J

C) 50 J

D) 100 J

E) 1 000 J

RESOLUCIN

Proceso Isobrico

W= 100 J

RPTA.: D7. En un motor diesel, el aire contenido dentro del cilindro de 810 cm3 se encuentra a 27 C, se comprime hasta un volumen final de 40 cm3. El sistema es adiabtico y reversible, el aire se comporta como un gas ideal. Halle la temperatura final del aire. ( ( = 1,5 )

A) 1 700 C

B) 1 077 C

C) 1 500 C

D) 1 550 C

E) 1 800 C

RESOLUCIN

RPTA.: B8. Se tiene nitrgeno en un cilindro de acero y se le proporciona 560 J de calor, el nitrgeno se expande isobricamente. Halle el trabajo realizado por el gas.

A) 100 J

B) 140 J

C) 160 C

D) 180 J

E) 200 J

RESOLUCIN

Gas Diatmico

RPTA.: C9. En un reactor adiabtico, se tiene un gramo de agua, que ocupa un volumen de 1 cm3 a presin de 1 atm. Cuando esta cantidad de agua hierve, se convierte en 1 671 cm3 de vapor. Calcule el cambio en la energa interna de este proceso. ( LV = 2,3 x 106 J/kg )

A) 169 J

B) 2 090 J

C) 2 133 J

D) 2 259 J

E) 4 280 J

RESOLUCIN

Calor necesario para vaporizar

RPTA.: C10. En un recipiente cilndrico se tiene 2 kg de oxgeno a una presin de 100 kPa y a una temperatura de 300 K. El gas es calentado manteniendo su volumen constante hasta que su presin se duplica, luego se expande isobricamente hasta duplicar su volumen. Calcule el calor absorbido por el gas. isobricamente duplicando su volumen.

(CV = 0,7 kJ / kg.K ; CP = 1 kJ/kg. K)

A) 420 kJ

B) 1 200 kJ

C) 1 620 kJ

D) 1 840 kJ

E) 1 860 KjRESOLUCIN

(

(

RPTA.: C11. Un gas ideal realiza un ciclo de Carnot. La expansin isotrmica ocurre a 250 C y la compresin isotrmica tiene lugar a 50 C. Si el gas absorbe 1200 J de calor neto un ciclo, halle el trabajo realizado durante un ciclo.

A) 369 J

B) 459 J

C) 489 J

D) 539 J

E) 629 J

RESOLUCIN

RPTA.: B12. Una mquina trmica ideal opera entre dos fuentes de calor, cuyas temperaturas son respectivamente 127 C y 27 C. La eficiencia de la mquina podra ser:

A) 26%

B) 10%

C) 42%

D) 50%

E) 78%RESOLUCIN

(Terica)

RPTA.: B13. Un congelador conserva los alimentos a 12 C en una habitacin que est a 20 C. Calcule el mnimo trabajo para extraer 50 caloras del congelador.

A) 15 J

B) 20 J

C) 22 J

D) 23,7 J

E) 25,7 J

RESOLUCIN

= 235,7 J

RPTA.: E14. En la figura se muestra un recipiente y un resorte de rigidez 50 N/m que est sin deformar, unido a un pistn de 1 kg, El recipiente tiene una capacidad calorfica 5 J/ C y contiene 3 kg de un gas combustible cuyo poder calorfico es 50 J/kg, Si el gas explosiona y los residuos de la combustin incrementan su energa interna en 30 J y la temperatura del sistema se eleva en 10C, calcule la deformacin del resorte. El pistn tiene una seccin de 0,5 cm2. Desprecie la friccin.

A) 0,2 m

B) 0,5 m

C) 0,6 m

D) 0,8 m

E) 1,0 m

RESOLUCIN

Recipiente:

Gases:

100 = w + 30

70 = (50x + 1 ( 10) x

x = 1,087 m

RPTA.: E15.La eficiencia terica ms alta de un motor de gasolina, basado en el ciclo de Carnot, es de 25 %. Si este motor expulsa los gases a la atmsfera a una temperatura de 27 C, cul es la temperatura en el cilindro inmediatamente despus de la combustin de la gasolina?

A) 127 C

B) 135 C

C) 140 C

D) 180 C

E) 200 C

RESOLUCIN

RPTA.: A16 Un gas ideal se comprime lentamente a una presin constante de 2 atm, de 10 litros hasta 2 litros. En este proceso, algo de calor sale y la temperatura desciende. A continuacin se agrega calor al gas, manteniendo constante el volumen, y se dejan aumentar la presin y la temperatura. Calcule el flujo de calor total hacia el gas. El proceso se muestra en la figura como el trayecto ABC. (Ln 5 = 1,6)

A) 1 000 J

B) 1 200 J

C) 1 600 J

D) + 1 200 J

E) + 1 600 J

RESOLUCIN

Proceso ( ; Isobrico

En la isoterma y en (Isb.)

(

Iscoro

.

(

Isotrmico

RPTA.: E17 . Una mquina de vapor tiene una caldera que opera a 227 C. El calor suministrado transforma el agua en vapor, el cual mueve el mbolo de los pistones. La temperatura de escape es de 57 C. Cul es la eficiencia trmica mxima de esta mquina de vapor?

A) 20 %

B) 25 %

C) 34 %

D) 66 %

E) 75 %

RESOLUCIN

RPTA.: B

18 Un refrigerador ideal o bomba de calor ideal es equivalente a una mquina de Carnot que funciona a la inversa. Es decir, se absorbe calor QF de un depsito fro y se libera calor QC hacia el depsito caliente. Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento igual a 5. Si en cada ciclo el refrigerador absorbe 120 J de energa trmica de un depsito fro, encuentre el trabajo hecho en cada ciclo y la energa trmica liberada hacia el depsito caliente.

A) 24 J ; 144 J

B) 24 J ; 96 J

C) 26 J ; 144 J

D) 42 J ; 98 J

E) 24 J ; 164 J

RESOLUCIN

(w; )= 24 J; 96J

RPTA.: B19. Dos moles de argn contenidos en un cilindro provisto de un pistn, se expanden adiabticamente desde una temperatura de 127 C hasta una temperatura de 27 C. Halle el trabajo realizado en este proceso. ( ( = 5/3 )

A) 2 493 J

B) 2 833 J

C) 2 180 J

D) 2 943 J

E) 2 690 J

RESOLUCIN

RPTA.: A20. Se coloca 3 litros de agua a 10 C en bandejas para obtener cubitos de hielo y se colocan en el congelador. Qu tiempo es necesario para obtener los cubitos de hielo? El refrigerador tiene un coeficiente de eficiencia de 5,5 y una potencia de 550 W, se estima que slo el 10% de la potencia se emplea para fabricar los cubitos de hielo.

Calor especfico del agua:

4,18 kJ/kg.K Calor latente de fusin del agua:

LF= 333,5 kJ/kg

A) 6,2 min

B) 12,4 min

C) 30,0 min

D) 41,4 min

E) 62,0 minRESOLUCIN

Potencia real = P= 550 x 10%

P= 55 w

Calor extrado para fusin hielo.

t = 3 721 s

t = 62 min.

RPTA.: E 0 10 20 30 40 50 60 70 80

4,6

4,8

5,0

5,2

5,4

5,6

5,8

6,0

V (litros)

T (C)

P (atm) >((atm)

V ()

C

A

B

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Visio.Drawing.11



EMBED Equation.DSMT4



W=70J
















Pgina 2CICLO 2007-II

Prohibida su Reproduccin y Venta

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250

P(Pa)

2

4

8

1

2

3

4

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-12C

Alta

Baja

Congelador

Ambiente

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P

V

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1

3

V

2V

600 k

1 200 k

P(k Pa)

300 k

100

300

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Termodinamica