Física II TERMODINÁMICA: PROBLEMAS ADICIONALES INGENIERÍA DE SONIDO Primer cuatrimestre 2012 Titular: Valdivia Daniel Jefe de Trabajos Prácticos: Gronoskis Alejandro Jefe de Trabajos Prácticos: Auliel María Inés
Física II TERMODINÁMICA: PROBLEMAS ADICIONALES P1 Calcular la variación de energía interna de un sistema que realiza un trabajo de 42700 Kgm y simultáneamente entrega 80 Kcal. P2 Un sistema realiza sucesivamente las siguientes transformaciones: evoluciona a volumen constante entregando 50,5 Kcal., luego experimenta una transformación isobárica en el que recibe 53,8 Kcal. y realiza un trabajo equivalente a 10 kcal. Suponiendo que el ciclo se puede cerrar con una transformación adiabática, calcular: a) el trabajo en la adiabática. b) la variación de energía interna. c) verificar la compatibilidad del enunciado del problema. P V P3 Manteniendo constante el volumen, agitando y comunicando 2500 Kcal a un sistema cuya capacidad calorífica es 100 Kcal/C, se eleva su temperatura de 10 C a 85 C. Calcular cuánto vale el trabajo realizado por el aparato de agitación suponiendo que no hay pérdidas de calor al exterior. W 1
P4 Un gas está contenido en un cilindro vertical provisto de un émbolo sobre el que actúa una carga de 4270Kg. Se suministra calor de modo que el gas se dilate hasta que el pistón se eleve 0,4 m., aumentando simultáneamente su energía interna en 16 Kcal. Hallar la cantidad de calor suministrada suponiendo que no hay pérdidas de calor al exterior ni frotamiento. 0.4 metros P5 Un cilindro de paredes herméticas y aisladas de 2m 3 está dividido al medio por una membrana. La mitad izquierda contiene partes iguales de agua y vapor en equilibrio a 10 Kg/cm 2. En la mitad derecha se ha realizado el vacio absoluto. Al romperse la membrana, el sistema pasa a ocupar la totalidad del cilindro. Calcular, para el estado final: la presión de equilibrio y las cantidades de agua y vapor respectivas. P6 M v =M a Mv = Ma 10 kg/cm 2 10 Kg/cm2 1 m3 1m 3 1 m3 1 m 3 Dentro de un recipiente rígido y de paredes aislantes hay una mezcla de H 2 y de O 2. Por medio de una bujía se hace saltar una chispa que desencadena la reacción: H 2 + O 2 H 2 O formándose agua al estado de vapor. Cuánto vale la variación de energía interna? P7 Dentro de un cilindro hay 2m 3 de aire a 100 C y 5 Kg/cm 2. Sobre el mismo hay un pistón cargado de modo tal que, al ser librado de su traba y suministrando simultáneamente 100Kcal, se alcanza una presión de 10 Kg. /cm 2. Calcular el volumen y la temperatura cuando se alcanza el equilibrio final. =10 Kcal 2
P8 En la instalación mecánica de una usina termoeléctrica el fluido circulante sale de la caldera con una entalpía de 748 Kcal/Kg. (1), evoluciona sin intercambio de calor en la turbina hasta reducir su entalpía a 428 Kcal/Kg. (2), se condensa en el condensador, saliendo con una entalpía de 70 Kcal/Kg. (3), y finalmente una bomba lo devuelve a la caldera. Hallar: 1) Calcular la potencia de la turbina cuando circulan 8000 Kg. /hora de vapor. 2) Determinar la cantidad de calor transferida en la caldera. 3) Calcular la cantidad de agua de enfriamiento requerida por el condensador, admitiendo un incremento de temperatura de 8 C para la misma. 1 N 2 3 P9 Cuando un chorro de vapor ingresa al álabe de una turbina tiene una velocidad de 1500 pies/seg., y al abandonarlo su velocidad se ha reducido a 500pies/seg. Calcular el trabajo obtenido (sin fricción) por álabe y por unidad de masa circulante. P10 Un sistema experimenta una transformación ABC, recibe 20000 Kcal realizando un trabajo equivalente a 7500 Kcal. Hallar: a) La cantidad de calor intercambiado a lo largo de la transformación ADB y la relación de presiones Pc/Pd, siendo el trabajo realizado en la misma equivalente a 2500 Kcal. b) Si el sistema vuelve al estado inicial A a lo largo de la transformación cuasi-estática cediendo una cantidad de = 17500Kcal, hallar el valor y signo del trabajo equivalente intercambiado en ella. 3
P11 Durante una expansión adiabática cuasi-estática de un gas ideal, la presión en cualquier momento viene dada por la ecuación PV γ =a P12 Donde γ y a son constantes. Demostrar que el trabajo realizado en la expansión desde el estado (p i, V i ) al estado (p f, V f ) es Se eleva de modo isotérmico y cuasi-estáticamente la presión ejercida sobre 0.1 Kg de metal desde 0 hasta 103 Pa. Suponiendo que la densidad y la compresibilidad isotérmica se mantienen constantes en los valores de 104 Kg/m 3 y 6.75 x 10-11 Pa -1, respectivamente, calcular el trabajo realizado expresado en julios. P13 Se comprime rápidamente un gas contenido en un cilindro rodeado de una gruesa capa de fieltro, elevándose la temperatura varios cientos de grados ha habido transferencia de calor? Se ha incrementado el calor del gas? P14 Un líquido se agita irregularmente en un recipiente bien asilado y por ello experimenta una elevación de la temperatura. Considerando el líquido como sistema: P15 P16 a) Ha habido transferencia de calor? b) Se ha realizado trabajo? c) Cuál es el sigo de U? Un recipiente de paredes rígidas y cubiertas con asbesto está dividido en dos partes por un tabique. Una parte que contiene el gas y en la otra se ha hecho vacio. Si el tabique se rompe súbitamente, demostrar que las energías internas inicial y final del gas son iguales. 4 P17 En los trópicos el agua del océano próxima a la superficie esta más caliente que el agua profunda. Estaría en contradicción con el segundo principio un motor que funcionase entre estos dos niveles? En la siguiente figura se representa un diagrama P-V simplificado del ciclo de Joule para un gas ideal. Todos los procesos son cuasi-estáticos y Cp es contante. Demostrar que el rendimiento térmico de un motor que realiza este ciclo es P 1 f i V