Page 442 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

*20.9. A una presión constante de 101.3 kPa, 1 g de agua 20.18. El calor específico del bronce es de 390 J/kg • C°.
(1 cm3) se evapora por completo y alcanza un volu­ Un trozo de bronce de 4 kg se calienta isocórica-
men final de 1671 cm3 en su forma de vapor. ¿Qué mente, con lo que la temperatura se eleva en 10 C°.
trabajo ha realizado el sistema contra sus alrededo­ ¿Cuál es el incremento de la energía interna?
res? ¿Cuál es el incremento de la energía interna? *20.19. Dos litros de un gas ideal tienen una temperatura de
Resp. 169J ,2087 J 300 K y una presión de 2 atm. El gas soporta una di­
latación isobárica mientras su temperatura se eleva
hasta 500 K. ¿Qué trabajo ha realizado el gas?
Sección 20.4 Procesos ¡sobárteos y el diagrama P-V Resp. 269.46 kJ
20.10. El volumen de un gas disminuye de 5 a 3 L bajo *20 .20. El diámetro de un pistón es de 6.00 cm y la longitud
una presión constante de 2 atm. ¿Cuánto trabajo se de su carrera es de 12 cm. Suponga que una fuerza
realiza? ¿Y se realiza sobre el gas o lo realiza éste? constante de 340 N mueve el pistón durante una ca­
Si hay un incremento de 300 J en la energía interna, rrera completa. Calcule primero el trabajo a partir
¿cuál es el intercambio neto de calor? Trace un bos­ de la fuerza y la distancia. Compruebe después su
respuesta considerando la presión y el volumen.
quejo del proceso.
20.11. Durante una expansión isobárica, una presión cons­ *20.21. En el caso de procesos adiabáticos, se puede demos­
tante de 250 kPa hace que el volumen de un gas trar que la presión y el volumen están relacionados
entre sí por la expresión siguiente:
pase de 1 a 3 L. ¿Qué trabajo realiza el gas?
Resp. 500 J W = P2vy2
20.12. Un gas encerrado en el cilindro de un motor tiene donde y es la constante adiabática, cuyo valor es
un volumen inicial de 2 X 10-4 m3. Luego el gas 1.40 para gases diatómicos y también para la mezcla
se expande isobáricamente a 220 kPa. Si durante el de vapor de gasolina/aire en los motores de combus­
proceso se absorben 350 J y la energía interna au­ tión. Use la ley de los gases ideales para demostrar
menta 150 J, ¿cuál es el volumen final del gas? la relación acompañante:

T{V\~l = T2v r l
Sección 20.5 El caso general de la primera ley. * 20.22. La razón de compresión de cierto motor diésel es
Sección 20.6 Procesos adiabáticos, Sección 20.7 15. La mezcla aire-combustible (y = 1.4) entra a
Procesos isocóricos, Sección 20.8 Procesos isotér­ 300 K y 1 atm de presión. Halle la presión y la tem­
micos peratura del gas después de la compresión adiabáti­
ca. (Use el problema 20.21 como referencia.)
20.13. Un gas ideal se expande isotérmicamente al tiem­
po que absorbe 4.80 J de calor. El pistón tiene una Sección 20.9 La segunda ley de la termodinámica
masa de 3 kg. ¿A qué altura se elevará el pistón res­ 20.23. ¿Cuál es la eficiencia de un motor que realiza 300 J
pecto a su posición inicial? Resp. 16.3 cm de trabajo en cada ciclo, al tiempo que desecha 600
20.14. El trabajo realizado sobre un gas durante una com­ J hacia el medio? Resp. 33.3%
presión adiabática es de 140 J. Calcule el incremen­ 20.24. Durante un ciclo completo, un sistema absorbe 600
to de la energía interna del sistema, en calorías. cal de calor y lanza 200 cal al medio. ¿Cuánto tra­
20.15. Se encierran en un contenedor dos kilogramos de bajo se realiza? ¿Cuál es la eficiencia?
agua, originalmente a 20°C, de modo que todo cam­ 20.25. Un motor con 37% de eficiencia pierde 400 J de ca­
bio es isocórico. Luego, el agua absorbe 9000 J de lor en cada ciclo. ¿Qué trabajo se realiza y cuánto
calor, al tiempo que 1500 se gotean al medio debido calor se absorbe en cada ciclo?
a un mal aislamiento. Determine el incremento en la Resp. 235 J, 635 J
temperatura del agua. Resp. 0.896°C 20.26. ¿Cuál es la eficiencia de una máquina ideal que ope­
20.16. Un gas está encerrado en una lata de cobre. ¿Cuánto ra entre las temperaturas de 525 K y 300 K?
calor es necesario suministrar para incrementar la 20.27. Una máquina de vapor recibe vapor sobrecalentado
energía interna en 59 J? ¿Qué tipo de proceso ter- de una caldera que trabaja a 200°C y que lo arroja
modinámico está implícito en este caso? directamente al aire a 100°C. ¿Cuál es la eficiencia
20.17. Un gas encerrado por un pistón se expande casi iso­ ideal? Resp. 21.1%
báricamente a 100 kPa. Cuando el sistema absorbe 20.28. En un ciclo de Carnot, la expansión isotérmica de un
20 000 J de calor, su volumen aumenta de 0.100 m3 gas tiene lugar a 400 K y dicho gas absorbe 500 cal
a 0.250 m3. ¿Qué trabajo se ha realizado y cuál es el de calor. ¿Cuánto calor se pierde si el sistema expe­
cambio en la energía interna? rimenta una compresión isotérmica a 300 K? ¿Cuál
Resp. 15.0 kJ, 5 kJ es la pérdida de calor y qué trabajo se realiza?

Capítulo 20 Resumen y repaso 423