Page 441 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

Preguntas de repaso
20.1. El calor latente de vaporización del agua es 540 cal/ c. Todos los procesos naturales espontáneos son
g. Sin embargo, cuando 1 g de agua se evapora por irreversibles.
completo a presión constante, la energía interna del d. Los acontecimientos naturales siempre avanzan
sistema se incrementa en sólo 500 cal. ¿Qué pasó en una dirección que va del orden al desorden.
con las 40 cal restantes? ¿Se trata de un proceso iso-
20.8. Es energéticamente posible extraer la energía térmi­
córico? ¿Isotérmico?
ca contenida en el océano y usarla para impulsar un
20.2. Si tanto el calor como el trabajo se pueden expresar
buque de vapor a través del mar. ¿Qué objeciones
en las mismas unidades, ¿por qué es necesario dis­
puede usted hacer a esa idea?
tinguir entre ambos?
20.9. En un refrigerador eléctrico, el calor es transferido
20.3. ¿Es necesario usar el concepto de energía molecular
del interior frío a los alrededores más calientes. ¿Por
para describir y usar la función de energía interna?
qué no constituye esto una violación a la segunda
Explique su respuesta.
ley de la termodinámica?
20.4. En un gas se produce una expansión adiabática.
20.10. Considere el rendimiento del trabajo externo reali­
¿Realiza el gas un trabajo externo? En caso afirma­
zado por la expansión isotérmica de un gas ideal.
tivo, ¿cuál es la fuente de energía?
¿Por qué este proceso de convertir calor en trabajo
20.5. ¿Qué pasa con la energía interna de un gas que pasa
no viola la segunda ley de la termodinámica?
por (a) una compresión adiabática, (b) una expansión
20.11. Si los procesos naturales tienden a hacer que dismi­
isotérmica y (c) un proceso de estrangulamiento?
nuya el orden en el universo, ¿cómo puedes expli­
20.6. Un gas realiza un trabajo externo durante una ex­
car la evolución de los sistemas biológicos hasta un
pansión isotérmica. ¿Cuál es la fuente de energía?
estado de suma organización? ¿Acaso esto infringe
20.7. En el texto se ofreció un solo enunciado para la se­
la segunda ley de la termodinámica?
gunda ley de la termodinámica. Comente cada uno
20.12. ¿Se puede calentar o enfriar una habitación con sólo
de los enunciados siguientes y demuestre que son
dejar abierta la puerta de un refrigerador eléctrico?
equivalentes al presentado en el texto:
Explique su respuesta.
a. Es imposible construir un refrigerador que, tra­ 20.13. ¿Qué temperatura deberá tener el depósito frío de
bajando continuamente, extraiga el calor de un una máquina de Carnot para que ésta sea 100% efi­
cuerpo frío y lo envíe a un cuerpo caliente sin ciente? ¿Puede pasar esto? Si es imposible que una
que se realice un trabajo en el sistema. máquina de Carnot tenga una eficiencia de 100%,
b. La dirección natural del flujo de calor es de un cuer­ ¿por qué se le conoce como la máquina ideall
po con alta temperatura a otro con baja temperatura, 20.14. ¿De qué depende la eficiencia de las máquinas tér­
independientemente del tamaño de cada recipiente. micas? ¿Por qué es, en general, tan baja?
Problemas
Sección 20.3 La primera ley de ¡a termodinámica alrededores. ¿Cuál es el cambio en la energía interna
del sistema si el intercambio neto de calor es cero?
20.1. En un proceso químico industrial, se proporcionan a 20.5. En un laboratorio químico, un técnico aplica 340 J de
un sistema 600 J de calor y produce 200 J de traba­ energía a un gas, al tiempo que el sistema que rodea a
jo. ¿Cuál es el incremento registrado en la energía dicho gas realiza 140 J de trabajo sobre el gas. ¿Cuál
interna de este sistema? Resp. 400 J es el cambio en la energía interna? Resp. 480 J
20.2. Supongamos que la energía interna de un sistema 20.6. ¿Cuál es el cambio de la energía interna en el pro­
disminuye en 300 J, al tiempo que un gas realiza blema 20.5 si los 140 J de trabajo son realizados por
200 J de trabajo. ¿Cuál es el valor de Q1 ¿El sistema el gas, en lugar de realizarse sobre el gas?
ha ganado o ha perdido calor? 20.7. Un sistema absorbe 200 J de calor cuando la energía
20.3. En un proceso termodinámico, la energía interna del interna aumenta en 150 J. ¿Qué trabajo realiza el
sistema se incrementa en 500 J. ¿Cuánto trabajo fue gas en ese caso? Resp. 50 J
realizado por el gas si en el proceso fueron absorbi­ *20.8. El calor específico del agua es 4186 J/(kg • C°).
dos 800 J de calor? Resp. 300 J ¿Cuál es el cambio en la energía interna de 200 g de
20.4. Un pistón realiza 300 J de trabajo sobre un gas, que agua cuando ésta se calienta de 20 a 30°C? Suponga
luego se expande y efectúa 220 J de trabajo sobre sus que el volumen es constante.

422 Capítulo 20 Resumen y repaso