Termodinámica. L = F. Δx. Como se ve en la figura, la presión del gas provoca sobre la superficie del pistón una fuerza que lo hace desplazarse.

Transcripción

1 Termodinámica Hemos visto cómo la energía mecánica se uede transformar en calor a través, or ejemlo, del trabajo de la fuerza de rozamiento ero, será osible el roceso inverso? La resuesta es si, y esto uede observarse claramente en una máquina de vaor, en un motor de combustión interna o en una turbina. Sistemas En este caítulo estudiaremos la relación entre el calor y la energía mecánica. Veremos que se uede obtener trabajo del calor ero que este roceso tiene sus limitaciones. Primero que nada definiremos lo que es un sistema termodinámico y lo distinguiremos de lo que llamaremos el medio. Denominaremos sistema al cuero o conjunto de cueros que evolucionarán en el tiemo a medida que cambien su volumen, su resión o su temeratura y el medio será todo aquel cuero que no ertenezca al sistema. Durante la interacción del sistema con el medio, el rimero uede recibir o cederle calor al segundo. Lo mismo ocurre con el trabajo: Puede que realice trabajo contra el medio o uede que el medio realice trabajo contra el sistema. Para diferenciar una cosa de la otra se adota una convención de signos: Si el sistema recibe calor del medio, el signo del calor es ositivo. El calor es negativo si el sistema cede calor al medio. Si el sistema realiza trabajo contra el medio decimos que dicho trabajo es ositivo, en este caso el sistema se exande. Si el medio realiza trabajo contra el sistema entonces es negativo, el sistema se contrae. Sistema conformado or un cuero gaseoso. Suongamos un sistema formado or un gas ideal. Cuando el medio le entrega calor al sistema, este evolucionará de un estado inicial hasta otro estado al que llamaremos final. En estas condiciones ueden suceder dos cosas: El sistema uede haber aumentado su volumen, o sea que se dilató. El sistema uede haber aumentado su temeratura, o sea que aumento la energía cinética media de las moléculas. Cuando el sistema aumenta su volumen, es decir se exande, realizará trabajo contra el medio, ues alica contra él una fuerza a lo largo de un camino. L = F. Δx Como se ve en la figura, la resión del gas rovoca sobre la suerficie del istón una fuerza que lo hace deslazarse. Al entregarle calor el gas se exande deslazando al istón Sin embargo, no siemre todo el calor se transforma en trabajo, es decir que arte de el calor entregado al sistema se ha transformado en otra cosa, ero en qué? Es evidente que el gas udo haber aumentado su temeratura y or lo tanto la energía cinética media de sus moléculas, ues aquí ha ido a arar el resto de la energía, ahora conforma otro tio de energía que se denomina energía interna del gas (U). Queda claro entonces que el aumento de esta magnitud está directamente relacionado con el aumento de la temeratura.

2 El sistema interactúa con el medio y asa de un estado inicial a otro final. Durante la interacción intercambia energía con el medio de dos formas: a través de la realización de trabajo o or medio del intercambio de calor. En el rimer caso, el intercambio de energía es organizado de manera que uede arovecharse, en el segundo el intercambio es desordenado y no siemre será arovechable. Tengamos claro que, al llegar al estado final, el sistema uede haber ganado energía, uede haberla erdido o haber quedado en condiciones iguales a las iniciales. Esta energía de la que hablamos no es otra cosa que la denominada energía interna del sistema. Primer rinciio de la Termodinámica En cualquier transformación que exerimente un sistema, La cantidad de calor Q que el sistema recibe, se invierte arte en realizar trabajo contra el medio exterior L y el resto es absorbido or el sistema ara aumentar su energía interna ΔU. Q = L + ΔU El rimer rinciio de la termodinámica constituye la exresión más general del rinciio de conservación de la energía y es quizás una de las leyes más imortantes de la física. Desde el unto de vista de la tecnología debe ser tenido siemre en cuenta, ues nos dice que en un sistema cerrado la energía ermanece constante. Cálculo del trabajo realizado or un sistema 1- Evolución isobárica: Calcularemos el trabajo realizado or un gas en una evolución a resión constante. Suongamos que un gas esta contenido en un cilindro cerrado or un istón que uede deslizarse sin rozamiento. Sobre el istón se encuentra una esa que mantiene la resión constante. Al entregarle calor la temeratura comienza a aumentar y el gas se dilata deslazando el istón, asando del estado 1 al el estado 2. El gas emuja el istón realizando trabajo

3 El trabajo realizado or la fuerza que la resión del gas alica sobre el istón es L = F Δx Pero como la fuerza es: Siendo: Concluimos que: F = S L = S Δx Δ V = S Δx L = ΔV Termodinámica Obsérvese que el trabajo está reresentado or el área bajo el gráfico -V. Si el gas hubiera cedido calor al medio disminuyendo su temeratura se hubiera contraído de manera que el medio hubiera emujado al istón hacia adentro y el trabajo habría sido negativo. 2- Evolución isotérmica Como sabemos, en esta evolución la temeratura ermanece constante y el gas asa del estado 1 al estado 2 siguiendo una hiérbola. El área encerrada reresenta el trabajo realizado En estas condiciones se le entrega calor al sistema y el gas se exande a medida que disminuye la resión. Puede demostrarse que el trabajo en esta evolución se calcula con la siguiente exresión: L V V 2 = n R T ln ó 1 L = 1 V2 V1 ln V 1 Donde n es el numero de moles, R la constante universal de los gases, T la temeratura absoluta a la que se roduce la evolución, ln es el logaritmo natural y V1, V2 los volúmenes inicial y final. Nuevamente si se realiza el roceso inverso el trabajo será negativo. - Evolución Isocora: Como sabemos, esta evolución se realiza a volumen constante, Es decir, se entrega calor a un gas encerrado en un reciiente que no se dilata. En estas condiciones al no haber variación del volumen el sistema no realiza trabajo. Desde el unto de vista gráfico es claro que no hay área encerrada bajo la curva. Como el volumen no cambia no se realiza trabajo. Resonder: 1- Si a un sistema se le entregó un calor de 500 cal y realizó un trabajo de 700 J cuál fue su variación de energía interna? (1cal=4,18J).

4 Un sistema realiza 1200J de trabajo contra el medio sin intercambiar calor con él Cuál fue la variación de su energía interna?... - Sobre un sistema se realiza un trabajo de 4500J y éste incrementa su energía interna en 800J Cuánto calor intercambió con el medio? Cuál es la convención de signos utilizada ara los calores cedidos y absorbidos or un sistema? Cuál es la convención de signos ara el trabajo? Siemre que a un sistema conformado or un gas ideal se le entregue calor realizará trabajo? Se tienen dos masas de gas iguales en iguales condiciones de resión volumen y temeratura iniciales. Si una se exande isotérmicamente y la otra isobáricamente Cuál realizará mayor trabajo? A cuál se le tendrá que entregar mayor cantidad de calor? Justifiquen la resuesta Problema modelo 1 1- Hallar la variación de la energía interna de un sistema en los siguientes casos: a) El sistema absorbe 00 cal y realiza un trabajo de 400J b) El sistema absorbe 00 cal y se le realiza un trabajo de 600J. c) De un gas se extraen 1600 cal a volumen constante. Solución: Para resolver este roblema debemos tener en cuenta el rimer rinciio de la termodinámica y desejar de él la variación de la energía interna: Q = L + ΔU Δ U = Q - L a- Debemos asar las 00 cal a Joule recordando que se tienen 4,18 J/cal J Q = 00 cal 418, = 1254J cal Entonces, si tenemos en cuenta que el trabajo realizado or el sistema es ositivo y el calor absorbido también nos queda: Δ U = Q - L = 1254J - 400J = 854J b- Ahora, mientras que el calor es ositivo el trabajo es negativo ues el medio lo realiza contra el sistema: ΔU = Q - L = 1254J - (- 600J ) = 1854J c- Como se extrae calor, éste es negativo y al realizarse a volumen constante el sistema no realiza trabajo, or lo tanto: O lo que es igual: Δ U = Q - L = 1600cal - 0 = 1600cal J ΔU = 1600cal 418, = 6688J cal Pese a que tanto el calor como la variación de energía interna ueden exresarse en calorías otaremos siemre or las unidades del sistema internacional ara no tener roblemas cuando se los relaciona con el trabajo.

5 Problema modelo 2 2- Calcular el trabajo que realiza un gas al exandirse desde un volumen inicial de 2 litros a 2026 KPa hasta un volumen final de 12 litros, si durante la evolución la temeratura ermanece constante. Solución: Primero exresaremos todos los datos en unidades del sistema internacional, or lo tanto: V0= 0,002 m y Vf= 0,012 m Alicamos ahora la exresión que ermite calcular el trabajo ara una evolución isotérmica. V f 0,012m N L = 0 V0 ln = Pa 0,002m ln = 4052 m ln J 2 V 0,002m m 0 Problema modelo - Calcular hasta que volumen se dilató un gas ideal que realizó un trabajo de 5000J a resión constante de 2 atm, si su volumen inicial era de litros. Solución: Nuevamente exresamos los datos en unidades del S.I.: Teniendo en cuenta que 1atm = Pa 2atm = Pa y litros=0,00m Como la evolución es isobárica el trabajo se calcula: L = Δ V = ( V ) Si desejamos el volumen final: L 5000N m V f = + V0 = + 0, 00m 0, 0277m N m El volumen que alcanza el gas es aroximadamente 0,0277m = 27,7litros Problemas rouestos 1. Se comrimen manteniendo la temeratura constante 44,8 litros de N2 (MA=14) que se encuentran en CNPT hasta ocuar 1/5 de su volumen inicial. Calcular: a- La resión final. b- El trabajo realizado. 2. Se eleva temeratura de,2 g de O2 gaseoso desde 10 C a 10 C. Si se realiza el roceso a resión constante de 50KPa, calcular: a- El trabajo realizado or el gas. b- El aumento de la energía interna si se suministró al sistema un calor de 8 cal.. Calcular el trabajo que realiza un gas contra una resión constante de 2 atm, si evoluciona de un volumen de 4 litros a otro de 24 litros. 4. Hallar el trabajo realizado or un gas que ocua un volumen inicial de 6 litros cuando su temeratura aumenta de 27 C a 127 C contra una resión exterior constante de 2 atm. 5. Obtener el trabajo que realiza un gas al exandirse desde un volumen inicial de litros a 50,65 KPa hasta un volumen final de 21 litros, ermaneciendo constante la temeratura. 6. Un gas ideal que ocua 10 litros. Cuando se encuentra sometido a una resión constante de atm se enfría desde 277ºC hasta ºC. Calcular el trabajo realizado. 7. Un sistema se lleva del estado 1 al estado 2. Para ello se entrega una cantidad de calor de 100 J y el sistema realiza un trabajo de 40 J. f V 0

6 a- Si el sistema se lleva de 1 a 2 or otro camino, realiza un trabajo de 20 J. Qué cantidad de calor recibe del medio exterior? b- El sistema regresa de 2 a 1 or otro camino. Para ello se le realiza un trabajo de 5 joule. El sistema entrega o absorbe calor y cuánto? 8- Alicando el rimer rinciio de la termodinámica exlicar or qué cuando se infla la rueda de una bicicleta el inflador se calienta. 9- Alicando el rimer rinciio de la termodinámica exlicar or que cuando descargan un matafuego sobre nuestra iel sentimos que el gas esta helado. 10- Se odrá enfriar la cocina de nuestra casa dejando abierta la uerta de la heladera? Como vimos, en un ciclo no uede transformarse todo el calor en trabajo. Podrá transformarse todo el trabajo en calor? Calor, temeratura y energía interna de un gas. En el caítulo anterior hemos definido el calor esecífico como la cantidad de calor que hay que entregarle a un gramo de sustancia ara aumentarle un grado la temeratura, ero qué sucederá con los gases? Será la misma cantidad de calor la que habrá que entregarle a cualquier gas y en cualquier situación ara roducirle el mismo cambio de temeratura? Podrá definirse su calor esecífico de la misma manera que ara los sólidos y líquidos? Cómo se asociará el cambio en la temeratura con el cambio en la energía interna? Estas y otras cuestiones serán discutidas en esta sección. Calores esecíficos de un gas ideal Un gas uede evolucionar de una temeratura a otra de infinitas formas, sin embargo, haremos hincaié en dos tios de evoluciones. La evolución a resión constante y a volumen constante. Como ya dijimos, la variación de la energía interna de un gas ideal esta relacionada con el cambio de temeratura, es decir, a igual cambio de temeratura, igual variación de energía interna. Veamos lo que sucede al realizar las evoluciones isócora e isobárica ara un mismo cambio de temeratura. Se hace evolucionar un mismo gas del estado 1 al 2 a resión constante y del estado 1 al a volumen constante como indica la figura 6. En la evolución 1-2, El calor entregado al sistema lo hace realizar trabajo y a la vez hace variar la energía interna del gas como indica el rimer rinciio. Figura 6 De T1 a T2 Se uede llegar de muchas maneras una de ellas es sin cambiar el volumen y otra sin cambiar la temeratura. Q = L + ΔU Teniendo en cuenta la ecuación fundamental de la calorimetría nos queda: Q = c.m. ΔT

7 c.m. Δ T = L + ΔU Por otra arte, en la evolución 1-, el calor entregado al sistema se transforma totalmente en energía interna del gas, ues en esta evolución no se realiza trabajo: Q = 0 + ΔU Alicando la ecuación fundamental: Q = c'.m. ΔT c'.m. ΔT = ΔU Es evidente que los calores esecíficos c y c no son iguales orque ara rovocar la misma variación de energía interna en el rimer caso hubo además que entregar calor ara realizar trabajo entre el unto 1 y el 2. Por esta razón ara los gases se definen dos calores esecíficos: uno a resión constante y otro a volumen constante. Está claro que el rimero siemre es mayor que el segundo. c = c se denomina calor esecífico a resión constante. Es la cantidad de calor necesaria ara roducir en un gramo de gas una variación de 1K cuando la transformación se realiza a resión constante. c = cv se denomina calor esecífico a volumen constante. Es la cantidad de calor necesaria ara roducir en un gramo de gas una variación de 1K cuando la transformación se realiza a volumen constante. Es imortante comrender que ara un gas existen infinitos calores esecíficos ues son infinitos también los caminos osibles ara asar de una temeratura a otra. Tabla de calores esecíficos: Calores esecíficos a V constante. cv Calores esecíficos a constante. c Gas cal/gºc J/g.K J/mol.K Gas cal/gºc J/g.K J/mol.K He 0,75,15 12,54 He 1,25 5,225 20,9 O2 0,157 0,656 20,7 O2 0,217 0, N2 0,177 0,74 20,69 N2 0,244 1,02 28,6 H2 2,4 10,0 20,06 H2,477 14,5 27,56 CO2 0, ,69 CO2 0,184 0,769 5,76 Los valores son aroximados Cálculo de la variación de la energía interna de un gas ideal Por lo exuesto hasta aquí queda claro que, dado que la variación de la energía interna de un gas ideal solo deende de su variación de temeratura, ésta será la misma ara cualquier evolución siemre que las temeraturas inicial y final sean las mismas. Por esta razón, siemre que debamos calcular la variación de la energía interna entre dos temeraturas, lo haremos como si la evolución fuera a volumen constante. Por la tanto: Q = 0 El gas asa de la temeratura 1 a la 2 sin realizar trabajo ues el volumen ermanece constante + ΔU Q = Δ U = c.m. ΔT v

8 En consecuencia cualquiera sea la evolución de un gas ideal la variación de la energía interna entre dos temeraturas se calculará como: ΔU = cv.m. ΔT Exerimento de Joule Para demostrar que en un gas ideal la variación de la energía interna deendía solo de la temeratura James Joule lanteó el siguiente exerimento imaginario. Suóngase un reciiente como el de la figura, donde una llave de aso ermite la comunicación o no entre ambos Reciiente adiabático recintos según esté abierta o cerrada. Estando la llave cerrada A contiene un gas ideal y B se encuentra vacío. El reciiente se encuentra térmicamente aislado, es decir no recibe ni uede ceder calor (reciiente adiabático). Al abrir la llave de aso el gas se exande hasta ocuar todo el reciiente, ero no realiza trabajo ya que en B no hay contra qué alicar una fuerza durante la exansión. Recordemos que el tercer rinciio de Newton dice que ara que existan fuerzas deben existir dos cueros que se las ejerzan y aquí solo está el cuero gaseoso que se encuentra en A, ero en B hay vacío. Por lo tanto: Q = 0 L = 0 Q = L + ΔU 0 = 0 + ΔU Δ U = 0 Como vemos, el gas no realizó trabajo y tamoco recibió o entregó calor, or lo tanto, según el rimer rinciio tamoco varió su energía interna. También odemos observar que el gas varió su resión y su volumen ero no su temeratura. Conclusión: La energía interna de un gas ideal no deende ni de su volumen ni de su resión sino solamente de su temeratura. Relación entre los calores esecíficos Teniendo en cuenta las definiciones anteriormente realizadas se uede encontrar una relación muy interesante entre los calores esecíficos. Para la evolución a resión constante: Q = L + ΔU c.m. ΔT = L + ΔU Como en esta transformación L se calcula como. Y según la ecuación general de los gases L = Δ V. Δ V = n.r. ΔT ΔV = n.r.δt El trabajo es: L = n.r.δt = n.r. ΔT Remlazando nos queda:

9 c.m. ΔT = n.r. ΔT + ΔU ΔU = c.m. ΔT - n.r. ΔT Para la evolución a volumen constante: Δ U = cv.m. ΔT Igualando estas ecuaciones nos queda: c.m. ΔT v = c.m. ΔT - n.r. ΔT Simlificando y ordenando: cv.m = c.m - n.r (c - c ).m = n.r v (c - c Donde m/n es la masa de un mol del gas en cuestión, es decir la masa molar M.Por lo tanto: v m ). n (c - cv ).M = = R R c.m - cv.m = R Al roducto entre la masa molar y el calor esecífico se lo denomina calor esecífico molar y se lo indica con la letra C mayúscula. Por lo tanto hay calor esecífico molar a resión constante y a volumen constante. C = M.c Cv = M.cv Por lo tanto la relación también uede escribirse como: C Cv = R Tengamos en cuenta que, a artir de la definición de calor esecífico molar, ahora odemos calcular el calor suministrado en una evolución a resión constante con la siguiente exresión: Q = C.n. ΔT Siendo n el número de moles de gas. Por otra arte el calor entregado a volumen constante será: Q v = C.n. ΔT v Que es igual a la variación de la energía interna entre dichas temeraturas ara cualquier evolución. Calores esecíficos molares Así como el calor esecífico indica la cantidad de calor necesaria ara aumentarle a un gramo de sustancia 1º C su temeratura, es útil definir una magnitud similar denominada calor esecífico

10 molar. En este caso se trata de la cantidad de calor necesaria ara aumentare a un mol de sustancia 1ºC su temeratura. Teniendo en cuenta que la masa molar me indica cuantos gramos de sustancia tengo or cada mol, el calor esecífico molar que se indicará con C mayúscula odrá obtenerse como el roducto entre la masa molar del gas y su calor esecífico. Por lo tanto hay calor esecífico molar a resión constante y a volumen constante. C = M.c Cv = M.cv A artir de la definición de calor esecífico molar, ahora odemos calcular el calor suministrado en una evolución a resión constante con la siguiente exresión: Q = C.n. ΔT Siendo n el número de moles de gas. Por otra arte el calor entregado a volumen constante será: Qv = Cv.n. ΔT que es igual a la variación de la energía interna entre dichas temeraturas ara cualquier evolución. Transformación adiabática En una transformación adiabática el sistema no intercambia calor con el medio, Por lo tanto: Q = L + ΔU 0 = L + ΔU Lo que significa que: Δ U = -L Conclusión: En una transformación adiabática, las variaciones de energía interna y el trabajo tienen signos ouestos. Isotermas y adiabáticas en un diagrama -V: En la exansión isotérmica de un gas la resión disminuye siendo inversamente roorcional a la rimera otencia de V, según la ley de Boyle,.V = K En la exansión adiabática la resión es inversamente roorcional a V γ, or tanto disminuye más ráidamente, ya que γ > 1. En consecuencia, una adiabática tiene más endiente que una isoterma. Ambas curvas se cortarán en un unto 0 V0 que reresenta el estado inicial del gas. Las curvas que reresentan las evoluciones adiabáticas siemre se cortan con las que reresentan evoluciones isotérmicas Proiedades de un roceso adiabático La mayoría de los gases, al exansionarse adiabáticamente, se enfrían. Esto se debe a que al exandirse realiza un trabajo ositivo sin intercambio de calor y, según el rimer rinciio, se tiene que 0 = ΔU+L. Si L > 0, entonces ΔU < 0, es decir, que la energía interna final del sistema es menor a la energía interna inicial. Teniendo en cuenta la relación entre energía interna y temeratura, ΔU=cv.m.ΔT, se observa que si disminuye U también disminuye T. El hecho de que un gas disminuya

11 su temeratura cuando se exande adiabáticamente se emlea en la fabricación de frigoríficos ara roducir bajas temeraturas. Una comresión adiabática de un gas roduce un aumento de energía interna y, or tanto, de temeratura. Por ejemlo, cuando llenamos de aire la cámara de una bicicleta, el inflador se calienta. Hay muchísimos ejemlos en la ingeniería de rocesos adiabáticos: La dilatación del vaor en el cilindro de una máquina de vaor; la dilatación de los gases calientes en un motor de combustión; la comresión del aire en un motor Diesel. Las comresiones y dilataciones del aire en la roagación de una onda sonora son tan ráidas que el comortamiento del aire en la roagación es adiabático. Resonder 1- Por qué es osible definir distintos calores esecíficos ara los gases? Cómo se relaciona el calor esecífico a volumen constante con el calor esecífico a resión constante?... - Puede demostrarse de alguna manera que la variación de la energía interna deende solamente de la temeratura del gas ideal? Es lo mismo una transformación adiabática que una isotérmica?... Problema modelo 1 1- Un reciiente contiene 10 g de O2 a 4 atm y 27 C. Si se calienta a volumen constante hasta 227 C. Calcular: a- La cantidad de calor entregada al sistema. b- El trabajo realizado or el gas. c- Variación de la energía interna. Solución: a-teniendo en cuenta la tabla de calores esecíficos: cv=0,656j/g.k, calculamos el calor entregado: J Qv = cv.m. ΔT = 0, g 200K = 112J g K b- Como la evolución es a volumen constante no se realiza trabajo: L=0 c- Teniendo en cuenta el rimer rinciio: Q = 0 + ΔU Δ U = 112J Problema modelo 2 2- Un cilindro que osee un istón móvil contiene 11,2 g de N2 (M=28) que ocuan un volumen de 2 litros a 22 ºC. Si se calienta a resión constante hasta que el nitrógeno ocua un volumen de 5 litros. Calcular: a- La resión durante la evolución b- La temeratura final c- La variación de la energía interna (cv=20,69j/mol.k) d- El trabajo realizado e- El calor intercambiado

12 Solución: Teniendo en cuenta que la masa molecular del nitrógeno es 28, sabemos entonces que tenemos 28g/mol y odemos calcular el número de moles en el interior del cilindro: m 11, 2g n = = = 0, 4mol M g 28 mol a- Para calcular la resión alicamos la ecuación general de los gases: l atm 0, 4mol 0, K n R T V = n R T mol K = = = 4, 88atm V 2l si la asamos a KPa nos queda: KPa = 4, 88atm 101, 490KPa atm b- La temeratura final uede calcularse alicando la ley de Gay Loussac: V 1 V2 V = 2 T1 5l 295K T2 = = = 77, 5 K T T V 2l c- Para calcular la variación de la energía interna tenemos en cuenta que siemre uede calcularse con la siguiente exresión: ΔU = Cv.n. ΔT Donde Cv es el calor esecífico molar, or lo tanto: J Δ U = 20, 69 0, 4mol ( 77, 5K 295K ) 662J molk d- Para calcular el trabajo alicamos: N L = ΔV = 490KPa ( 5l 2l) = ( 0, 005m 0, 002m ) 1470J 2 m Observen que las unidades fueron reducidas al sistema internacional ara que el trabajo quede el Joule. e-para calcular el calor entregado alicamos el rimer rinciio de la termodinámica: Q = L + ΔU = 1470J + 662J 512J Problema modelo - Un cilindro que tiene un istón móvil contiene 0,8 moles de oxígeno que se encuentran a una temeratura de 1127ºC y se deja que evolucione sin que intercambie calor con el medio hasta que la temeratura es 77ºC. El sistema realizará trabajo contra el medio o viceversa? Cuánto vale dicho trabajo? Solución: Calculamos la variación de la energía interna teniendo en cuenta el calor esecífico molar del oxígeno: J ΔU = Cv.n. ΔT = 20,7 0, 8mol ( 50K 1400K ) = 1741, 2J molk La variación de la energía interna es negativa. Así mismo, como la transformación es adiabática, el calor intercambiado es cero. Por lo tanto si tenemos en cuenta el rimer rinciio: Q = L + ΔU 0 = L + ΔU L = -ΔU = ( 1741,2J ) = 1741, 2J Es evidente que siendo el trabajo ositivo, el sistema realiza trabajo contra el medio.

13 Problemas rouestos 11- Un reciiente contiene 0,02 m de hidrógeno (M=2) a una temeratura de 27ºC y una resión de 400KPa. Si se lo enfría a resión constante hasta una temeratura de 0ºC. a- Cuál es la variación de su energía interna? b- Cuál es el trabajo realizado or o contra el sistema? c- Cuál es el calor cedido o absorbido or el sistema? Considerar R=8,J/mol.K, Cv=20,06J/mol.K 12- Una garrafa de 50 litros contiene dióxido de carbono (M=44) en CNPT. Si se trilica su resión manteniendo el volumen constante calcular: a- Cuál es la variación de su energía interna? b- Cuál es el trabajo realizado or el gas? c- Cuál es el calor absorbido or el sistema? Considerar R=8,J/mol.K, Cv=28,69 J/mol.K 1- Se comrimen adiabáticamente 0,25 moles de helio, siendo la temeratura inicial 15ºC y la final 85ºC. Calculen: a- La variación de la energía interna. b- El trabajo realizado or o contra el sistema. Considerar R=8,J/mol.K, Cv=12,54 J/mol.K 14- Se tienen dentro de un cilindro con istón 0,2 moles de oxígeno que ocuan un volumen de 0,01 m a una resión de 101, KPa. Si al sistema se le entregan 1000 cal y realiza un trabajo de 1500J calculen la variación de la energía interna y la temeratura final del sistema. Considerar Cv=20,7J/mol.K. 15- Un reciiente con istón que tiene un volumen inicial de 4 litros contiene 14 gramos de nitrógeno a 500 KPa. Si al exandirse adiabáticamente realiza un trabajo de 2000J. Cuál fue su temeratura final? Cv=20,69J/mol.K. 16- Un reciiente contiene 20 litros de hidrógeno a una temeratura de 57ºC y una resión de 200 KPa. Si se lo calienta a volumen constante hasta una temeratura de 47ºC calculen cuanto varía su energía interna y cuánto calor se le entregó. Cv=20,06J/mol.K. 17- Se comrime un gas adiábaticamente hasta la mitad de su volumen. Si durante el roceso se realiza un trabajo de 1700J, indicar: a- Cuánto calor cede o absorbe el sistema. b- Cuanto cambia la energía interna del gas. c- La temeratura del gas aumenta o disminuye? 18- Se eleva la temeratura de 16 g de O2 de 50ºC a 200ºC a resión constante, siendo cv=0,656j/gk, c=0,907j/gk, calcular: a- El calor que se le entregó. b- El cambio en la energía interna. c- El trabajo realizado or el sistema.

14 Segundo rinciio de la termodinámica Termodinámica Desde que se construyeron las rimeras máquinas hubo inventores geniales y no tanto que intentaron lograr, sin éxito, la máquina de movimiento eretuo. Pero, Es osible transformar todo el calor entregado a una máquina en trabajo?, Podríamos inventar una máquina que funcione ara siemre utilizando el mismo trabajo que roduce ara retroalimentarse? Estas y otras reguntas encontraron su resuesta en los trabajos de Sadi Carnot que desembocaron en el segundo rinciio de la termodinámica y ermitieron la construcción de mejores maquinas. Procesos reversibles Cuando un gas evoluciona asando de un estado de equilibrio a otro que también es de equilibrio, generalmente lo hace ráidamente, esto rovoca que los estados intermedios or los cuales asó no sean de equilibrio. Por qué sucede esto? La exlicación es sencilla: Si se trata de una comresión a través de un istón, las moléculas que se encuentran mas cerca de él tienen una resión mayor que las que están mas alejadas, ues, la cantidad de moléculas cercanas al istón es mayor debido a que éste se deslaza hacia ellas sin darles tiemo a que se redistribuyan uniformemente (figura 11). Si se trata de un calentamiento a volumen constante, las moléculas que se encuentran más cercanas a las aredes del reciiente adquieren mayor energía cinética que las que se encuentran más alejadas ues reciben el calor más ráidamente. Etc. Las moléculas que están sobre la ared del istón se encuentran más róximas entre si or lo tanto la resión es mayor allí que en el resto del reciiente. Las moléculas que se encuentran cercanas a la base del reciiente reciben calor antes que las otras y aumentan su velocidad de manera que la resión allí es mayor que en otros sitios. Esto hace que las evoluciones sean irreversibles, ues, ara asar de un estado a otro los calores intercambiados y el trabajo realizado or el sistema no serán iguales y de signo contrario a los intercambiados y realizados ara volverlo al estado inicial. Sin embargo, si las evoluciones fueran muy lentas, es decir, si ara ir de un estado a otro se asara or infinitos estados de equilibrio intermedios ya no existirían los roblemas descritos y entonces el roceso sería reversible. Diremos entonces que una transformación es reversible cuando el roceso uede invertirse sin que cambien la magnitud del trabajo realizado ni el calor intercambiado entre el sistema y el medio. Es claro que los rocesos reversibles son ideales sin embargo existen muchos rocesos reales que se arecen bastante a los reversibles. Transformaciones cerradas o ciclos Si un sistema arte de un estado inicial, asa or sucesivos estados intermedios y vuelve al mismo estado de artida estamos en resencia de una transformación cerrada o ciclo. Al asar del estado 1 al dos or el camino Al sistema recibe calor y realiza trabajo contra el medio exterior al exandirse. El trabajo es ositivo y viene dado or el área bajo la curva A. Al asar de 2 a 1 siguiendo el camino B el sistema se comrime cediendo calor lo que indica que el medio realiza trabajo contra el sistema es decir trabajo negativo, que viene dado or el área bajo la curva B. (figura 12) El trabajo neto en el ciclo será la diferencia entre las áreas. Generalmente el trabajo neto en un ciclo es distinto de cero.

15 Figura 12 El trabajo en un ciclo viene dado or el área encerrada. Cuando se comleta un ciclo todas las variables de estado vuelven a tener el valor inicial. Por eso el calor y el trabajo no son variables de estado mientras que la energía interna al igual que la resión, el volumen y la temeratura si lo son. Máquinas térmicas Una máquina térmica es un disositivo que transforma calor en trabajo mecánico en forma cíclica. Toda máquina térmica toma calor de una fuente caliente, realiza trabajo y cede calor a una fuente fría. Así como una corriente de agua cae desde un cierto nivel en una rueda de molino haciéndola girar y realizar trabajo y luego continúa su camino or un nivel de menor altura, el calor fluye de la fuente caliente a la fría a través de la máquina haciendo que realice trabajo. (figura 1) Figura 1 El agua fluye desde una altura mayor a una menor haciendo que la rueda gire y realice trabajo de la misma manera que el calor fluyendo desde una temeratura mayor a una menor hace que la máquina térmica realice trabajo. Parte del calor entregado or la fuente caliente se transformará en trabajo y arte será cedido a la fuente fría. De esta manera el trabajo realizado or la máquina odrá obtenerse como la diferencia entre dichos calores. L = Q 1 Q 2 (1) Rendimiento de una máquina El rendimiento de una máquina (η) establece la relación entre el calor suministrado al sistema y el trabajo neto que el sistema realiza. Es decir:

16 L η = Q neto entregado Termodinámica Frecuentemente el rendimiento se exresa orcentualmente, ara esto solo se multilica el valor obtenido or 100. Teniendo en cuenta la exresión (1) el rendimiento ara una máquina también odrá calcularse así: L Q1 Q2 Q2 η = = = 1 Q Q Q 1 Ciclo de Carnot Sadi Carnot ( ) se reguntó como sería la máquina de mayor rendimiento. Planteó que dicha máquina debería intercambiar calor con el medio y realizar los rocesos de exansión y comresión del gas en forma reversible. Concluyó que esto se lograría haciendo funcionar la máquina según un ciclo conformado or la intersección de dos isotermas con dos adiabáticas (figura 14) 1 Figura 14 1 La máquina de Carnot funciona según el ciclo formado or la intersección de dos isotermas con dos adiabáticas Carnot demostró que éste sería el motor ideal y que ara él los calores Q1 y Q2 son roorcionales a las temeraturas de las fuentes, entonces el rendimiento de su máquina será: Q2 T2 η = 1 = 1 Q1 T1 Por lo tanto ninguna máquina real odrá tener mejor rendimiento que la ideal entre las mismas temeraturas. Los trabajos de Carnot sentaron las bases que ermitieron formular otra de las leyes más imortantes de la física, el segundo rinciio de la termodinámica. Segundo rinciio de la termodinámica Es imosible que una máquina transforme todo el calor que le entrega la fuente caliente en trabajo. Siemre arte del calor será cedido a la fuente fría. Esto significa que no es osible la existencia de una máquina de rendimiento η=1 es decir no es osible la máquina de movimiento eretuo. Máquina frigorífica

17 Una máquina frigorífica extrae calor de una fuente fría y lo deosita en una fuente caliente mediante el trabajo que el medio exterior realiza sobre el sistema. Su funcionamiento es el inverso al de una máquina térmica y or suuesto cumle con el segundo rinciio del la termodinámica. Es algo así como una bomba de calor, a través del trabajo bombea calor desde una fuente fría hasta una caliente. Esquema de funcionamiento del refrigerador: Siendo T2<T1 el trabajo que el medio realiza contra el sistema ermite que el calor fluya en sentido contrario al que lo haría naturalmente. Resonder: a- Comer una orción de torta, es un roceso reversible? Por qué? b- Buscar tres ejemlos cotidianos de rocesos irreversibles c- Podrá existir un motor que no funcione cíclicamente? Por qué? d- Podrá una máquina transformar todo el calor que toma de la fuente caliente en trabajo? Por qué? e- Por qué razón el rendimiento de una máquina no uede ser mayor que 1?

18 Del orden al desorden: la entroía El segundo rinciio de la termodinámica nos dice que si bien la energía se conserva transformándose de un tio en otro, este roceso tiene ciertas limitaciones. Si disonemos de una fuente a alta temeratura, odemos obtener de ella energía haciendo fluir calor hacia una fuente a baja temeratura (el medio), durante este roceso odemos extraer arte de esa energía en forma de trabajo, ero inevitablemente arte del calor irá a arar a la fuente fría. En estas condiciones, dicho calor será menos utilizable ues ha asado al medio y de allí se disia en el universo. De la misma manera, la energía que se ha obtenido en forma de trabajo, también terminará como calor en el medio, ues si se usó ara mover un vehículo, ara generar electricidad, etc., el rozamiento o la resistencia eléctrica se encargarán de transformarla nuevamente en calor que irá a arar al universo. Normalmente decimos que la energía, que sigue estando en igual cantidad, se ha desordenado. En la física existe una magnitud que se encarga de medir dicho desorden y se denomina ENTROPÍA. A diferencia de otras magnitudes físicas la entroía de un sistema casi nunca se conserva, es mas, solo se conserva en rocesos reversibles que como sabemos son ideales. En todo otro roceso aumenta, es decir, aumenta el desorden. Este conceto tiene rofundas e imortantes consecuencias: En cualquier roceso natural, arte de la energía se volverá inútil ara efectuar trabajo útil. Conforme asa el tiemo, la energía del universo se acerca a un estado de máximo desorden, es decir, la materia se convertirá en una mezcla uniforme a temeratura uniforme y entonces no odrá realizarse trabajo. Toda la energía del universo se habrá degradado y cesará todo cambio. Esto se conoce como la muerte térmica del universo. Problemas modelo 1- Una masa de nitrógeno evoluciona según el ciclo de la figura 16 siendo su resión en el unto A A=500 KPa. y su volumen V= 0,002 m. Suoniendo que el gas se comorta como ideal (cv=0,741 J/gK), Calcular: a- Presión, volumen y temeratura en los untos B y C b- Calor entregado o cedido or el sistema en las evoluciones A-B, B-C, C-A. c- Trabajo realizado or o contra el sistema en las mismas evoluciones. d- Variación de la energía interna ara las mismas evoluciones. e- Trabajo neto realizado or el sistema. f- Rendimiento Solución: Lo rimero que haremos será calcular los estados de resión y volumen ara cada unto alicando la ecuación general de estado. Armamos una tabla con los datos y observamos las incógnitas que luego iremos calculando. Los valores comletados en negrita son los calculados (Pa) V(m ) T(K) A B , C

19 Para la resión en C alicamos la ecuación general y comletamos la tabla teniendo en cuenta que en B tiene el mismo valor: A V. A C V. C Pa.0.002m C.0.002m = = TA TC 800K 400K Pa.400K C = = Pa 800K Lo mismo hacemos ara el volumen en B A V. T A A B V. = T B B Pa.0.002m 800K Pa.0,002m V B = = 0,004m Pa V = 800K B Alicamos ahora las ecuaciones ara calcular el trabajo en cada evolución e iremos comletando la siguiente tabla. A-B B-C C-A Q L ΔU Evolución A-B L = n R T A V ln V Pero ara alicar esta ecuación debemos calcular el número de moles del sistema y entonces alicamos nuevamente la ecuación general de los gases ideales: A.VA Pa.0,002m A.VA = n.r.ta n = = = 0,15 mol R.T J A 8, 800K mol.k J 0,004m = 0.15mol 8, 800K ln mol.k 0,002m L B A = 690,4J La variación de la energía interna en esta evolución es nula orque es isotérmica. Por lo tanto, alicando el rimer rinciio: Δ U = 0 Q = L + ΔU Q = L + 0 = 690,4J Para la evolución B-C calculamos el trabajo siendo la evolución isobárica: N L =.(VC -VB ) = m m = 2 m La variación de la energía interna es: ΔU = cv.m. ΔT ( ) -500J Teniendo en cuenta la masa molar tenemos que la masa de gas es: g m = M.n = mol = 4,2g mol J ΔU = 0,741.4,2g.(400K - 800K) = J g.k Alicando el rimer rinciio: Q = L + ΔU Q = 500J 1244,88J = 1744,88J Como la evolución C-A es isócora no se realiza trabajo y la variación de la energía interna es la misma que en la evolución B-A ero de signo contrario, ues se invierte la variación de temeratura. ΔU = J Q = L + ΔU Q = 0 + ΔU = 1244,88J

20 La tabla comleta nos queda Q L ΔU A-B 690,4J 690,4J 0 B-C -1744,88J -500J -1244,88J C-A 1244,88J ,88J El trabajo neto se obtiene sumando los trabajos de todas las evoluciones: L NETO = 690J 500J + 0J = 190J Por ultimo calculamos el rendimiento haciendo el cociente entre el trabajo neto y la suma de los calores ositivos: Lneto 190J η = = = 0,098 = 9,8% Qentregado 690,4J ,8J Esto significa que de cada 100 J de energía entregada al sistema en un ciclo se obtienen 9,8 J de trabajo. Problemas rouestos 1atos útiles: R= 8, J/mol.K=0,082 l.atm/mol.k 1 atm = 101, KPa 1 cal = 4,18 J 1l = 0.001m 19- Se calienta un gas ideal que se encuentra ocuando un volumen de 4 litros a 2 atm. y 200 K hasta dulicar la resión a volumen constante. Luego se lo exande isotérmicamente hasta que la resión adquiere el valor inicial y luego se lo comrime isobáricamente hasta que el volumen adquiere el valor inicial. a- Reresentar el ciclo en escala. b- Calcular el trabajo neto en la evolución. c- Determinar la cantidad de calor absorbida or el ciclo. d- Cuál es el rendimiento del ciclo? Cv= 12,45 J/mol.K C = 20,75 J/mol.K g de nitrógeno N2 evolucionan según el ciclo de la figura. Suoniendo que se comorte como gas ideal Calculen: a- Las coordenadas de estado de los untos A,B,C,D b- El trabajo, el calor y la variación de la energía interna en cada evolución. c- El rendimiento del ciclo Datos: Cv= 20,69 J/mol.K MAN=14 PD=10000 N/m 2 =10000Pa TA=400 K TB= 600K TD= 200 K

21 21- Una máquina térmica toma 5500 J de la fuente caliente y cede 200J a la fuente fría en cada ciclo Cuál es su rendimiento? g de hidrógeno H2 evolucionan según el ciclo de la figura 18. Suoniendo que se comorta como gas ideal calcular: a- Las coordenadas de estado de los untos A,B,C,D b- El trabajo, el calor y la variación de la energía interna en cada evolución. c- El rendimiento del ciclo Datos: Cv=20,06J/mol.K MAH=1 VB= m TA=00 K TB= 700K 2- Una máquina térmica cede a la fuente fría 1800 calorías en cada ciclo y tiene un rendimiento del 16%. Cuántas calorías absorbe de la fuente caliente? 24-0,4 moles de nitrógeno N2 evolucionan según el ciclo de la figura. Si se comortan como gas ideal calcular: a- Las coordenadas de estado de los untos A,B,C y D c- El trabajo, el calor y la variación de la energía interna en cada evolución. d- El rendimiento del ciclo Datos: A=400KPa D=200KPa VD=0,005 m VC=0,015 m CV=20,69 J/mol.K MAN= g de dióxido de carbono CO2 evolucionan según el ciclo de la figura comortándose como gas ideal. Calcular: a- Las coordenadas de estado de los untos A,B,C,D b- El trabajo, el calor y la variación de la energía interna en cada evolución. c- El rendimiento del ciclo

22 Datos: MAc=12 MAo=16 VA=2 m VD= m A=8000Pa B=12000Pa CV=28,69J/mol.K g de oxígeno O2 evolucionan como gas ideal según el ciclo de la figura. Calcular: a- Las coordenadas de estado de los untos A, B, C. b- El trabajo, el calor y la variación de la energía interna en cada evolución. c- El rendimiento del ciclo Datos: MAo=16 VA=4 m VB=6 m VC=9 m A=000Pa CV=20,7 J/mol.K 27- Una máquina absorbe en cada ciclo 4500 J de la fuente caliente y tiene un rendimiento del 20%. Cuánto calor cede a la fuente fría en cada ciclo? 28- Una máquina absorbe en cada ciclo 10000cal de una fuente que se encuentra a 800K y cede 9000 cal a la fuente fría que se encuentra a 200K. Calcular: a- Cuál es el rendimiento de la máquina? b- Cuál sería el rendimiento ideal ara la misma máquina?

23 Los motores y los refrigeradores La idea de que el vaor odía roducir movimiento vino a traer alivio al músculo ues fue recisamente la fuerza del vaor la que imulsó a la revolución industrial del siglo XVIII. Las máquinas de vaor odían hacer el trabajo de cien hombres, imulsar vehículos, accionar telares y cierras, etc. Los hombres migraron del camo a las ciudades donde se instalaron las fábricas y la forma de vida cambió ara siemre. Grandes inventores, buscando mejores rendimientos, desarrollaron nuevas máquinas como los motores de combustión interna y or suuesto, aareció el refrigerador que ermitiría conservar los alimentos frescos or mucho tiemo. En esta sección exlicaremos el funcionamiento de algunas de estas máquinas y lo relacionaremos con los ciclos que estudiamos en la sección anterior. La máquina de vaor. La máquina de vaor fue evolucionando a través del tiemo de manera que distintos hombres fueron aortando cambios en ella hasta que James Watt logra la rimera máquina que realmente es útil. La idea rincial consiste en un istón se desliza en el interior de un cilindro or acción del vaor. Veamos la figura 22 Figura 22 Se entrega calor al agua que contiene la caldera (fuente caliente) hasta conseguir vaor sobrecalentado (mas de 100ºC) a alta resión, este roceso se roduce a volumen constante. La válvula A gira y ermite el ingreso de vaor al cilindro mientras que la B ermanece cerrada y el istón es emujado, este roceso se realiza a resión constante ues se está emujando al volante que ofrece una resistencia constante. figura 2 Como se uede ver en la figura 2, cuando el istón se encuentra a mitad de camino, se cierra la válvula A ermaneciendo la B cerrada y el gas se exande adiabáticamente hasta que alcanza le unto máximo de su recorrido. Podemos decir que esta evolución es rácticamente adiabática orque se roduce en un tiemo tan corto que la transferencia de calor con el medio es desreciable.

24 Figura 24 Llegado este unto se abre la válvula B (figura 24) oniendo al cilindro en contacto con la atmósfera (fuente fría). La inercia adquirida or el volante imulsa al istón hacia adentro obligando al vaor a desalojar el cilindro a resión constante. En este unto una arte del vaor esta ya condensado y el resto se condensa en un intercambiador de calor hasta que todo es líquido y or medio de una bomba que es accionada or la roia máquina es introducida nuevamente en la caldera. Justamente el condensador y la bomba fueron los aortes que hizo Watt. En el diagrama P-V de la figura uede verse el roceso reresentado en un ciclo. La evolución AB corresonde al calentamiento del vaor en la caldera. La BC corresonde al ingreso de vaor al cilindro a resión constante. La CD corresonde a la exansión del vaor a exensas de su energía interna y la DA a la salida del vaor a resión atmosférica. Los motores de combustión interna Estos motores a diferencia de la máquina de vaor, no cuenten con una caldera externa como fuente caliente. Es el mismo gas que al inflamarse dentro del cilindro aumenta su temeratura convirtiéndose en la fuente caliente. En el caso del motor a nafta de cuatro tiemos, el roceso se lleva a cabo de la siguiente manera: El rimer tiemo se denomina admisión, aquí el istón, que se encontraba en el unto más alto de su recorrido, desciende estando la válvula de admisión A abierta y la de escae E cerrada, de manera que una mezcla de vaor de nafta y aire ingresa en el cilindro.

25 Al llegar al unto más bajo del recorrido comienza el segundo tiemo, llamado comresión. Se cierra la válvula A y el istón sube imulsado or la inercia del volante comrimiendo el gas contra la arte suerior del cilindro. Cuando está or llegar al unto más alto una bujía roduce una chisa que combustiona la mezcla roduciéndose una exlosión que eleva enormemente la temeratura. Este roceso es tan ráido que sucede a volumen constante. En el tercer tiemo, llamado exansión, el gas combustionado y muy caliente se exande casi adiábaticamente haciendo trabajo contra el istón e imulsándolo hacia abajo. Al llegar al unto inferior, comienza el cuarto tiemo denominado escae. Se abre la válvula E oniendo al cilindro en contacto con la atmósfera y el istón imulsado or la inercia del volante, sube y desaloja los gases quemados. En este unto el ciclo vuelve a comenzar. Obsérvese que de los cuatro tiemos o carreras, el único que aortó trabajo ositivo fue el tercero, en los otros todo el trabajo fue negativo a exensas de la energía mecánica acumulada en el volante. En el diagrama P-V de la figura uede verse el roceso reresentado en un ciclo. El ciclo reresenta el funcionamiento del motor de cuatro tiemos. Comienza con la comresión de la mezcla en la evolución AB que se roduce en forma adiabática debido a la raidez del roceso. La evolución BC corresonde a la combustión de la mezcla, el roceso sucede a volumen constante dado el breve tiemo que dura la exlosión. La evolución CD corresonde a la exansión que se lleva en forma casi adiabática ues nuevamente el oco tiemo que dura imide la transferencia de calor. Esta carrera es la única que realiza trabajo ositivo. La evolución DA corresonde al escae. El sistema está listo ara la carrera de admisión y así comenzar nuevamente. Como éste ciclo se lleva a cabo entre dos adiabáticas, se arece mucho más al ciclo ideal de Carnot que el de la máquina de vaor y or eso su rendimiento en mucho mejor. La heladera El funcionamiento de la heladera está reresentado or el gráfico.

26 Al bajar el istón se cierra la válvula A y se abre la B. Al subir abre la A y cierra la B Un comresor actúa sobre un gas, or ejemlo NH, haciendo que su temeratura y su resión se eleven y lo introduce en una tubería en forma de serentín que actúa como intercambiador de calor con el medio. De esta manera fluye calor del gas al aire que rodea al serentín. (Éste uede ser visto detrás de la heladera con forma de radiador). A medida que el gas cede calor se licua llegando a la válvula V en estado líquido. Cuando el NH atraviesa la válvula se exande a exensas de su energía interna, debido a que la resión del otro lado de la válvula es mucho menor y or lo tanto su temeratura disminuye. En estas condiciones el gas asa or otro serentín (que normalmente se encuentra en el congelador de la heladera) y comienza a evaorarse hasta que al llegar al final del tubo se encuentra totalmente en estado gaseoso. Durante este roceso el calor asa de los alimentos que se encuentran en el interior de la heladera al fluido en el interior del serentín, ues la temeratura del NH es menor que la de los alimentos. Finalmente el gas a baja resión llega nuevamente al comresor ara iniciar otro ciclo. Preguntas: 29- Se odrá enfriar la cocina de nuestra casa dejando abierta la uerta de la heladera? Como vimos, en un ciclo no uede transformarse todo el calor en trabajo. Podrá transformarse todo el trabajo en calor? 0- Podrá construirse un motor eléctrico que accione una dínamo que lo abastezca de electricidad de manera que no necesite de una fuente externa de energía?

27 Resuestas Resuestas 1) a) 5atm=506,5 kpa b) aroximadamente -704 J 2) a) 99,6J b) aroximadamente 247J ) 4052J 4) 405,2J 5) aroximadamente 295,7J 6) aroximadamente -1514J. 7) a) 80 J b) -95J, cede calor al medio 8) Porque cuando se emuja el istón el aire se comrime tan ráidamente que rácticamente no se da tiemo a que el calor escae (el roceso se denomina adiabático). Como el trabajo se realiza contra el sistema es negativo lo que roduce un incremento en la energía interna del aira que reercute en un aumento de temeratura del mismo. 9) Porque el gas se descomrime y exande ráidamente siendo el roceso casi adiabático. El gas al exandirse realiza un trabajo contra el medio y or lo tanto disminuye su energía interna y or ende su temeratura. 10) Es imosible orque el calor que se extrae de los alimentos vuelve al medio or el radiador osterior de la heladera or lo tanto se equilibrarían los efectos ero ara colmo arte de la energía en juego se transformaría en calor or el rozamiento de las artes mecánicas y la resistencia eléctrica de los bobinados de el motor y entonces el ambiente se calentaría aún más. 11) a) aroximadamente -1058J b) -460J c) aroximadamente J 12) a) aroximadamente 5016J b) 0J c) aroximadamente 5016J 1) a) 219,45J b) -219,45J 14) 2680, 512,4 ºC 15) Aroximadamente 15,6ºC 16) a) aroximadamente 12187J b) aroximadamente 12187J 17) a)0 b)1700j c) Aumenta 18) Aroximadamente a) 2176,8J b) 1574,4J c) 602,4 J 19) b) aroximadamente 1,1J c) aroximadamente 268J d) aroximadamente 0,1 ó 1%