Ejercicios termodinamica

7/17/2019 Ejercicios termodinamica

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1ra Ley de la termodinámica

1.- Un trozo de material de masa m que tiene una temperatura inicial Tim, se

sumerge en un envase que contiene una masa M de agua a la temperatura

inicial TiA < Tim. Si la temperatura de equilibrio de la mezcla es T, calcular el

calor especíco del material. !espreciar la trans"erencia de calor al envase #al ambiente.

$.- Un trozo de metal de 1%& g que se encuentra a '&&( ) se sumerge en un

envase que contiene * libras de agua inicialmente a +&( ). Si la temperatura

nal de equilibrio del sistema mezclado es +$.'( ), calcular a el calor

especíco del material, b el calor ganado por el agua. !espreciar la

trans"erencia de calor al envase # al medio ambiente.

+.- )alcular la cantidad de calor necesario para trans"ormar un ilogramo de

/ielo a -+&( ) en vapor de agua /asta 1%&( ).

'.- )alcular la cantidad de vapor de agua inicialmente a 11&( ), que se

requiere para calentar $& libras de agua en un envase de vidrio de 1&& onz,

desde $&( ) /asta %&( ). 0idrio 2+3456).7g.

%.- Un gas se e8pande desde i /asta " por tres tra#ectorias posibles, como se

indica en la gura )alcular el traba9o realizado por el gas a lo largo de las

tra#ectorias iA", i" # i:". )onsiderar los valores dados en la gura

*.- Una muestra de gas ideal se e8pande al doble de su volumen original de1m+ en un proceso para el cual ; =$, con = %atm5m*, como se muestra

en la gura 1+.2. )alcular el traba9o realizado por el gas durante la

e8pansi>n.



3.- )alcular el traba9o realizado por un mol de un gas ideal que se mantiene a

&( ), en una e8pansi>n de + litros a 1& litros.

2.- Una barra de cobre de 1 g se calienta desde 1&( ) /asta 1&&( ), a la

presi>n atmos"?rica. )alcular la variaci>n de energía interna del cobre. c

+23 450g 7.

@.- Un cilindro contiene * moles de /elio a temperatura ambiente 0suponer a

$%( ). )alcular a el calor que se debe trans"erir al gas para aumentar su

temperatura /asta %&& 7 si se calienta a volumen constante, b el calor que

se debe trans"erir al gas a presi>n constante para aumentar su temperatura

/asta %&& 7, c el traba9o realizado por el gas.

1&.- ;ara un gas ideal monoat>mico, se realiza el ciclo A:)!A que se ilustra

en la "igura. )onsiderando que nT 1&&& 4 en A, calcular B, C # DU en cada

proceso del ciclo 0suponer 1atm 1&% ;a.

11.- Una persona de 2& g intenta ba9ar de peso subiendo una montaEa para

quemar el equivalente a una gran rebanada de un rico pastel de c/ocolate

03&& )al alimenticias. FA qu? altura debe subirG b Htra persona consume

energía a raz>n de 1%& C durante su traba9o, Fqu? cantidad de pan debe

ingerir para poder traba9ar durante una /oraG 0)alor de combusti>n del pan

es 2&&& cal5g. )onsidere que el $%I de la energía liberada del alimento se

aprovec/a como traba9o Jtil.

1$.- Se utilizan $ cal para calentar *&& gr de una sustancia desconocida de

1%( ) a '&( ). )alcular el calor especíco de la sustancia.

1+.- Un trozo de cadmio de %& gr tiene una temperatura de $&( ). Si se

agregan '&& cal al cadmio, calcular su temperatura nal.

1'.- A un vaso aislante del calor 0de plumavit que contiene $&& cm+ de ca"?

a la temperatura de @%( ), se le agregan '& cm+ de lec/e que se encuentra

a temperatura ambiente. )alcular la temperatura de equilibrio que alcanza la

mezcla. 0Suponer calor especíco de los líquidos igual al del agua # considere

un día de primavera.

1%.- Al desa#unar, usted vierte %& cm+ de lec/e re"rigerada en su taza que

contiene 1%& cm+ de ca"? reci?n preparado con agua /irviendo. )alcular la



temperatura de equilibrio alcanza esta apetitosa mezcla. 0!esprecie la

capacidad cal>rica de la taza.

1*.- Se en"ría un bloque de 1'& gr de /ielo /asta -%&( ). Kuego se agrega a

2&& gr de agua en un calorímetro de 3% gr de cobre a una temperatura de

$%( ). )alcular la temperatura nal de la mezcla. Si no se "unde todo el /ielo,calcular cuLnto /ielo queda.

13.- n un recipiente aislado se mezclan 1%& g de /ielo a &( ) # *&& g de

agua a 12( ). )alcular a la temperatura nal del sistema, b la cantidad de

/ielo queda cuando el sistema alcanza el equilibrio.

12.- Un recipiente de aluminio de +&&g contiene $&&g de agua a 1&( ). Si se

vierten 1&& g mLs de agua, pero a 1&&( ), calcular la temperatura nal de

equilibrio del sistema.

[email protected] Un calorímetro de aluminio con una masa 1&& gr contiene $%& gr deagua. stLn en equilibrio t?rmico a 1&( ). Se colocan dos bloques de metal

en el agua. Uno es %& gr de cobre a 2&( ). l otro una muestra de masa de

3& gr a una temperatura de 1&&( ). Todo el sistema se estabiliza a una

temperatura nal de $&( ). !educir de que material se trata la muestra.

$&.- Un trozo de cobre de 1 g # a $&( ) se sumerge en un recipiente con

nitr>geno líquido /irviendo a 337. )alcular la cantidad de nitr>geno que se

evapora /asta el momento en que el cobre alcanza los 337. Suponga que el

recipiente estL aislado t?rmicamente.

$1.- Un estudiante in/ala aire a $$( ) # lo e8/ala a +3( ). l volumenpromedio del aire en una respiraci>n es de $&& cm+. Ngnore la evaporaci>n

del agua en el aire # estime la cantidad de calor absorbido en un día por el

aire respirado por el estudiante.

$$.- Un calentador de agua "unciona por medio de potencia solar. Si el

colector solar tiene un Lrea de * m$ # la potencia entregada por la luz solar

es de %%& C5m$, FcuLl es el tiempo mínimo en aumentar la temperatura de 1

m+ de agua de $&( ) a *&( )G Nndique la0s suposici>n0es /ec/a0s.

$+.- Un lago contiene cerca de %81&11 m+ de agua. a F)uLnto calor se

necesita para elevar la temperatura de ese volumen de agua de 1'.% a 1%.%()G b )alcule el tiempo que se requeriría para calentar el lago, entre esas

temperaturas, si el calor lo suministra una central el?ctrica de 1&&&MC.

$'.- Se desean bombear $&& m+5min de aceite combustible que tiene una

densidad relativa de &,2 desde una presi>n de vacío de 1$& mm Og, /asta

una presi>n manom?trica de $ bar. Ka descarga del aceite se encuentra a %

m por encima de la succi>n. l diLmetro del tubo de succi>n es de &,$% m #

el de descarga es de &,1% m. la presi>n barom?trica del lugar es de 31*,+

mm Og. stime la potencia requerida para impulsar la bomba. )onsidere en

sus cLlculos los cambios de energía cin?tica # potencial.



$%.- Se comprime amoníaco que estL a &,1* Mpa # $3& 7 en un compresor

continuo /asta 1,' Mpa. l traba9o requerido por el compresor es de %&&

45g. )alcular la eciencia del compresor.

$*.- Agua líquida es PbombeadaP desde 1 atm # $&() /asta 1&& atm. Ka

bomba tiene una eciencia de 2%I. !etermine el traba9o de la bomba.

$3.- Amoniaco vapor saturado se comprime en un proceso abierto #

adiabLtico desde '&.22 7;a /asta 1& atm. # *&& 7. !etermine el traba9o del

compresor en 07457g.

$2.- Una turbina opera con aire caliente a 1*& psia # @$&(Q a 3&& pie5seg. l

aire sale a 1% psia # a 1&& pie5seg. l Ru9o mLsico es de $&&& 0lb5/r. )on

suposiciones adecuadas, determine i la temperatura de salida del aire 0en

() # ii la potencia 0en /p

[email protected] Aire enriquecido 0*&I de $ # '&I de H$ es comprimido en "ormacontinua desde 1 atm # $&() /asta 1% atm. Se puede suponer que la

eciencia del compresor es 1&&I. Kos gases calientes que sale del

compresor pasan por una vLlvula donde la presi>n ba9a a 1 atm. )ual es la a

temperatura a la salida de la vLlvula.

+&.- Agua líquida es bombeada desde una piscina 01 atm # $%6) /asta la

cima de una colina a 1&& mts de altura. Ka bomba tiene una eciencia del

2&I # el agua se calienta un poco /asta +$() debido a la compresi>n.

!etermine el Ru9o de agua que se puede bombear.

+1.- Aire a $2&7 # 1&& atm. se e8pande en una vLlvula /asta +&& atm.entrando a un intercambiador de calor donde se en"ria /asta $&'7, para

e8pandirse de nuevo /asta % atm. l aire que sale de la segunda vLlvula a %

at. se calienta a volumen constante /asta 1'%&7. !etermine la presi>n nal.

+$.- Un proceso interiormente reversible ocurre en un sistema, # en el cual B

-1$ 4, U -3@ 4 O -111 4. 0a Hbtenga el traba9o si el sistema es

cerrado.0b !etermine el traba9o e"ectivo # el cambio de energía de Ru9o.

++.- Kos siguientes datos se /an tomado durante un proceso de compresi>n

de mon>8ido de carbono en un dispositivo cilindro-?mbolo

;, bar &.@* 1.'3 $.12 $.@' +.*& cm+5g &.@$2 &.*3% &.%&+ &.'&+ &.+'*a epresente los datos de la tabla en un diagrama ; # estime grLcamente

el traba9o necesario en 45g.

b Suponga que la ecuaci>n del proceso cumple la relaci>n politr>pica n ; c.

Utilice los con9untos de datos primero # Jltimo de la tabla para determinar los

valores de las constantes n # c . c Utilice la relaci>n politr>pica para

determinar mediante integraci>n el traba9o necesario, en 45g, # compare

con el resultado del apartado 0a.



+'.- Un sistema cerrado e8perimenta una serie de procesos para los cuales

dos de las tres cantidades C, B # V. se dan para cada proceso. Oalle el

valor de la cantidad desconocida en cada caso.

0a C -+% 4, B G, -+% 4.

0b C W 1.$ M4, B W*'% 4, G

0e C G, B % 4, '.$$ 4.

+%.- !urante un proceso reversible que tiene lugar en un sistema sin Ru9o, la

presi>n aumenta desde +''.3' ;a abs. /asta 1 +32.@* ;a abs. de acuerdo

con p e, # la energía interna aumenta en $$ %33 4X el volumen inicial es

N 2% lit. !etermine el calor.

+*.- l traba9o # el calor por grado de cambio de temperatura en el caso de

un sistema que e8perimente un proceso sin Ru9o son dC5dt 2& C.seg5H) #

dBN dt 1%cal NT16), respectivamente. !etermine el cambio de energía

interna para el sistema cuando su temperatura se eleva desde 1%&6) a

$%&6).

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