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Ciencias Básicas Aplicadas INTRODUCCION A LA TERMODINAMICA - PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (Taller Evaluado – S16)

1. Una muestra de gas ideal ocupa 5,00 L a presión atmosférica y 300 K A). Se calienta a volumen constante a 3,00 atm (punto B). Luego se le permite expandirse isotérmicamente a 1,00 atm (punto C) y al final se comprime isobáricamente a su estado original. a) Encuentre el número de moles en la muestra. b) Halle la temperatura en los puntos B y C y el volumen en el punto C.

-

d) Tabule P, V, T y U en los estados de los puntos A, B y C. e) Ahora considere lo procesos A - B, B - C y C - A. Describa cómo llevar a cabo cada proceso de manera experimental. f) Encuentre Q, W y ΔU para cada uno de los procesos. g) Para todo el ciclo A - B - C - A, encuentre Q, W y ΔU

A) P*V=n*R*T R=0.0821 atm*L/mol*K P∗V n= R∗T 1 atm∗5 L n= =0.203mol 0.0821 atm∗L/¿ 300 K B) P=3atm V=5L Pa Pb = Ta Tb Pb∗Ta 30 atm∗300 K Tb= = =900K Pa 1 atm Va Vc = Ta Tc Vc∗Ta 15 L∗300 K = =900 K Tc= Va 5L Vc=15L D) P(A) 1

P(B)

P(C)

V(A)

V(B)

V(C)

T(A)

T(B)

T(C)

U(A)

U(B)

U(C)

3

1

5

5

15

300

900

900

0.65

0

-11.11

1m3 1000L 3 0.2m X Xa=200L

1m 3 1000L 3 0.09m X Xb=900L

Q=1000 1J 0.239cal 100000J X X=23900cal

E) Proceso A-B (Isobárico) V=constante P 2 P1 = Calculamos P y T usando T2 T1 W=0 y Δ U =Q -Proceso B-C (Isotérmico) T=constante Calculamos P y V usando P2*V2=P1*V1 ΔU =0 -Proceso C-A (Isobárico) P=constante Calculamos V y T usando Δ U =Q-W F) V=constante (A-B) W=0 T2 ¿ -Q=n*L*Ln ( T1 900 ¿ -Q=0.20*2.95*Ln ( 300 -Q=ΔU =0.65 cal T=constante (B-C) ΔU =0 V2 ¿ -Q=W=n*R*T*Ln ( V1 -Q=0.203*0.082*900*Ln (

15 ¿ 5

-Q=W=16.45 T=constante (C-A) W=-P*(C-A) W=-1*(5-15)=10cal V2 ¿ Q=n*cp*Ln ( V1 5 Q=0.203*5*Ln ( ¿= -1.11cal 15 ΔU =Q−W =−1.11−10=−11.11 G) W=16.45+10=26.45 Q=0.65+16.45-1.11=15.99 ΔU =0 2. Una muestra de un gas ideal pasa por el proceso que se muestra en la figura. De A a B, el proceso es adiabático; de B a C, es isobárico con 100 kJ de energía que entran al sistema por calor. De C a D, el proceso es isotérmico; de D a A, es isobárico con 150 kJ de energía que salen del sistema por calor. Determine la diferencia en energía interna en B menos la energía interna en A. Proceso A-B (Isobárico) Δ u =w

VB

Wa=Pa*Va*Ln ( VA ¿

90

Wa=1*200*Ln ( 200 )=-159.70cal

VB

Wb=Pb*Vb*Ln ( VA ¿

90

Wb=3*90*Ln( 200 ¿=-215.60cal Proceso B-C W=-P ( Δ U ¿ W=-3(400-90)=-930cal

ΔU =Q−W ΔU =2390−(−930 )=24830 cal

Proceso C-A (Isotérmico)

ΔU =0

Proceso D-A W=-P ( Δ U W=-1(1200-200)=-1000cal

ΔU =Q−W =−35850−(−1000)=−34850 cal Δ U =Vb−Va ΔU =2480−(−3485) ΔU =¿ 59680cal 3. En la figura el cambio en energía interna de un gas que se lleva de A a C es 900 J. El trabajo consumido en el gas a lo largo de la trayectoria ABC es 450 J. a) ¿Cuánta energía se debe agregar al sistema por calor a medida que va de A a B a C? b) Si la presión en el punto A es cinco veces la del punto C, ¿cuál es el trabajo consumido en el sistema al ir de C a D? c) ¿Cuál es la energía que se intercambia con los alrededores por calor a medida que el ciclo va de C a A a lo largo de la trayectoria verde? d) Si el cambio en energía interna al ir del punto D al punto A es 450 J, ¿cuánta energía se debe agregar al sistema por calor a medida que va del punto C al punto D? A)Q ABC =W + ΔU Q=450+900 ABC

ABC

Q ABC =¿1350 B)W CD =5P ( Δ U ¿

C) Q C− A =W

D) ΔU C−D =U C− D +¿ U D− A W CA =W C−D W C−A -900 =U C− D +500 C−A

+ ΔU C−A

W CA = -90+0 W CA =−90

ΔU C−D =−1400 Q CD =¿ W CD + ΔU CD

450=5P( ΔU )

Q CA =-90J-900J

Q CD =¿ -90-1400

90=P( ΔU )

Q CA =-900

Q CD =¿ -1490

W CD =P( ΔU ) W CD =−90 J