TERMODINÁMICA

TRABAJO DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

1) Un gas ideal sufre una expansión isotérmica reversible desde un volumen  inicial V₁ a un volumen final de 10 V₁ haciendo un trabajo de 5000 cal. La presión inicial fue de 50 atm.

RESPUESTAS: T= 546 K y V= 1.79 L

Calcular:

a)      El valor del volumen inicial V₁

b)      Temperatura del proceso si se trató de 2 moles de gas.

Nota: para a) utilizar: PV = nRT

DATOS

Expansión isotérmica

Vi=?

T = ?

Vf= 10 V1

W= 5000 cal.

P = 50 atm.

Solución

Hallar el Vi

PV = nRT   =  V/2 = nRT/P

Vi= 2 M * 0.082 atm. L/ M. K * 273K / 50 atm * 2

Vi= 1.79 L

B) Hallar la  temperatura del proceso si se trató de 2 moles de gas.

W= nRT Ln(V2/V1)

 Entonces  convertimos

  5000 cal * 1 Joule/0.24cal = 20833 Joule

W= nRT Ln(V2/V1)

W/ nR ln (V2/V1) = T

20 833 Joule/   2M * 0.082  atm. L/ M. K  *   Ln ( 17.9/1.79) = T

T = 20 833 / 0.38

T= 548 k

2)  Calcular el trabajo efectuado en la expansión reversible e isotérmica de 10 moles de gas nitrógeno (N₂) de 10 a 1 atm  y a 27°C.

R: W= 57339 joul  y Q= - 57339 joul

Datos 

W=?

n= 10 M

P1= 10 atm

P2 1 atm

 T= 27 + 273 = 300k

SOLUCIÓN

W= nRT Ln (v2/v1)

w= 10 M * 0.082 atm. L/m.K * 300k * Ln ( 10/1)

W= 566. 43 atm - L

 Entonces lo  convertimos a Joule

 1 atm . L --------------101.3 Joule

 566.43 atm -L ------------X

X = 566.43 atm L*101.3 joule / 1 atm . L

W =  -57379.36 Joule

3)      Se comprime un gas a P constante de 0.8 atm de un volumen de 9 L a un volumen de 2 L. En el proceso se escapan del gas 400 joul de energía calorífica.

a)      ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?

b)      ¿Cuál es el cambio de energía interna del gas?

R: W= - 567,28 joul; ∆U= - 967,28 joul.

PROCESO ISOBARICO  P= CTE

 Nota: la A reemplazará a Delta correcto.

Datos

W= ?

energía interna Delta U= ?

P= 0.8 atm 

Vi= 9 L

Vf= 2 L

Q= -400 Joule

solución

a)      ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?

W= P* AU

w= 0.8 atm * (2l-9l)

w = -5.6 atm L

Convertimos a Joule

 W = 5.6 atm. L * 101.3 Joule / 1 atm L

 W = - 567.28 Joule

b)      ¿Cuál es el cambio de energía interna del gas?

      AU= Q + W

     AU = - 400 Joule + (- 567.28 joule)

     AU = - 967.28 Joule 

4)  Un Sistema termodinámico sigue un proceso en el cual sus energía interna disminuye 500 joul, si al mismo tiempo se hacen 220 joul de trabajo sobre el sistema encuentre el calor transferido por o hacia el sistema. (Nota: esto significa que puede ser + si sale del sistema o negativo si entra al sistema.

R:  Q= 720 j (Ud. Determine si es +  o negativo )

Datos

AU= -500 Joul

W = 202 Joul 

Q= ?

Primera Ley de la termodinámica

AU= Q + W

Entonces 

AU - W = Q

Q = AU - W

Q = - 500 Joul - 220 Joul 

Q = - 720 Joul