Question

c. Un dispositivo de cilindro-émbolo contiene en un principio 0.25 kg de gas de nitrógeno a 130 kPa y 180 °C. Ahora se expande isotérmicamente el nitrógeno, hasta una presión de 80 kPa. Determine el trabajo de la frontera, efectuado durante este proceso, el cambio de energía interna y el calor.

Answer 1

El valor del trabajo de frontera es de

W = 16.314 kJ, El cambio de energía es ΔU = 0J, y el calor igual al trabajo Q = W = 16.314 kJ

Explicación paso a paso:

Datos del enunciado:

T₁ = 180°C = 453 °K

m = 0.25kg

P₁ = 130 Kpa

P₂ = 80 kPa

Datos de tabla:

R = 0.2968 kJ/kg K

Con la ecuacion de gases ideales calculamos el Volumen inicial

V₁ = mRT₁/P₁

V₁ = 0.25kg * 0.2968 kJ/kg K * 453°K / 130kPa

V₁ = 0.2585 m³

Calculamos volumen final

P₁V₁ = P₂V₂

(130kPa)(0.2585m) = (80kPa)V₂

V₂ = 0.42 m³

Calculamos trabajo

W =mRT Ln(Vf/Vi)

W = 0.25kg * 0.2968 kJ/kg K * 453°K Ln ( 0.42 m³/0.2585 m³)

W = 16.314 kJ

La energía es proporcional a la temperatura al ser constante ΔU = 0J, de modo que:

Q - W = ΔU ⇒ Q = W = 16.314 J