¿Cual será la variación de la energía interna en un sistema que recibe 380 calorías y se le aplica un trabajo de 690 J?
Respuestas
Respuesta: Primera ley de termodinámica
Ø 1.- ¿Cuál es el incremento en la energía interna de un sistema si se le suministran 700 calorías de calor y se le aplica un trabajo de 900 Joules?
Solución: El problema indica que se le están suministrando 700 calorías de calor, eso quiere decir que Delta Q será positivo, por otra parte nos dice que al sistema se le aplicará un trabajo de 900 Joules, aquí el signo de Delta W tendrá que ser negativo, puesto que se la están aplicando al sistema.
Sabiendo ese análisis podemos dar solución al problema de la siguiente forma:
Vamos a convertir las 700 calorías de calor en Joules. ¿Por qué? Porque el S.I (Sistema Internacional) de medida así lo estandariza.
700cal [4.2J/1cal]=2940J
Recordar que Delta W=-900J porque como dijimos, al sistema se le está aplicando un trabajo. Ahora conforme a la fórmula de la primera ley de la termodinámica, iniciemos a sustituir.
Delta Q=Delta U+Delta W
Despejando “Delta U“
Delta U=Delta Q-Delta W
Sustituyendo:
Delta U=2940J-(-900J)=2940+900=3840J
Ese sería el resultado de nuestro incremento en la energía interna.
Ø Suponga que un sistema pasa de un estado a otro, intercambiando energía con su vecindad. Calcule la variación de energía interna del sistema en el siguiente caso:
a) El sistema absorbe 100 cal y realiza un trabajo de 200 J.
Para iniciar a resolver este inciso, debemos entender lo que nos pide.
+ El sistema absorbe 100 cal , que convertiremos en Joules.
+ El sistema realiza el trabajo de 200J.
Convertimos lo que absorbe el sistema:
100cal [4.18J/1cal]=418J
Ahora esto nos indica que por fórmula tendremos:
Delta U=Delta Q-Delta T
Delta U=418J-200J=218J
Observamos que la energía interna del sistema aumenta considerablemente a 218J.
Ø Suponga que un sistema pasa de un estado a otro, intercambiando energía con su vecindad. Calcule la variación de energía interna del sistema en el siguiente caso:
a) El sistema absorbe 100 cal y sobre él se realiza un trabajo de 200 J.
Para este caso analizamos de la siguiente manera el inciso.
+ El sistema absorbe 100 cal
– El trabajo fue realizado sobre el sistema 200J
Por fórmula tenemos:
Delta U=418J-(-200J)= 618J
Por lo que ahora, tenemos 618 Joules, y observamos un gran incremento de la energía interna.
>Segunda ley de termodinámica
Ø ¿Cuál es la eficiencia de una máquina térmica a la cual se le suministrarán 8 000 calorías para obtener 25 200 Joules de calor de salida?
Sólo tenemos que sustituir los datos en nuestra fórmula:
c=Q1-Q2/Q1
Sustituyendo:
c=8000cal – 6000cal/8000cal= 0.25
Lo que sería equivalente a un 25% de eficiencia térmica
Ø Calcular la eficiencia de una máquina térmica a la cual se le suministran 5.8 x 10^8 cal, realizando un trabajo de 8.3 x10^7 J.
Vamos a utilizar nuestros datos de la siguiente manera:
Q1=5.8x10^8cal [Calor suministrado a la máquina]
T=8.3x10^7J [ Trabajo realizado por la máquina]
Convertimos las calorias en Joules, haciendo este pequeño factor de conversión 1 Cal = 4.185 J/Cal , de tal manera que ahora Q1 , tendrá el siguiente valor:
Q1=5.8x10^8cal (4.185J/cal)=2.427x10^9 J
Sustituyendo en la fórmula, tendremos:
c=8.3x10^7J/2.427x10^9J=0.034
Que multiplicado por 100, tendríamos
c=(0.034)(100)=3.41%
Haciendo un total del 3.41% de eficiencia térmica, bajo esas condiciones.
Ø Suponga que una persona le comenta que construyó una máquina térmica la cual, en cada ciclo, recibe 100 cal de la fuente caliente y realiza un trabajo de 418 J. Sabiendo que 1 cal = 4.18 J. ¿Qué puede opinar al respecto?
Si la máquina recibe 100 cal de la fuente caliente quiere decir que:
Q=100cal (4.18J/1cal)=418J
Ahora por fórmula tenemos:
c= Q/T=(418J/418J)=1
Que multiplicado por 100, tenemos:
C=(1)(100)=100%
Por lo que nuestra respuesta tendrá que ser, que eso es imposible ya que viola la segunda ley de la termodinámica, al decir que una máquina no puede realizar una eficiencia de 100%, puesto que al realizar algún trabajo la energía tiene que disiparse de alguna forma o transformarse en otra cosa.
>Ley de Hess
entalpia-ejercicio-2
entalpia-ejercicio-1
Entalpia-ejercicio-3
>Entropía
problema-entropia
ejercicio-estimacion-entropías
¿Cuál es la variación de entropía si la temperatura de 1 mol de gas ideal aumenta de 100 ºK a 300 ºK, Cv = (3/2)R.
a) Si el volumen es constante.
b) Si la presión es constante.
c) ¿Cuál sería la variación de la entropía si se utilizan tres moles en vez de uno.
Solución:
a) T1=100 K, T2=300 K, Cv=3cal/mol K, n=1mol.
DS=nCvln(T2/T1)=(1mol)(3cal/molK)ln(300/100)=3.3 cal/K
b) DS=nCpln(T2/T1)=(1mol)(5cal/molK)ln(300/100)=5.49 u.e.
c) A volumen constante 3(3.3)=9.9 u.e.
A presión constante: 3(5.49)=16.47 u.e.
>Energía libre de Gibbs
Ejercicio-entropia-espontaneidad
ejercicios-espontaneidad-temperatura