S14 s2 - Resolver ejercicios

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Cálculo aplicado a la física 3 
Primera Ley de la Termodinámica 
SEMANA 14 Sesión 02 
 
Ejercicios 
1. Si se adicionan 400 kcal a un gas que se expande y realiza 800 kJ de trabajo, ¿Cuál es la 
variación de la energía interna del gas? 
Respuesta: 874 kJ 
 
2. Una bala de plomo inicialmente a 30°C se funde al golpear un blanco. Suponiendo que toda 
la energía cinética inicial de la bala se convierte en energía interna de la misma para elevar 
su temperatura y fundirla, calcular su velocidad en el momento del impacto. 
Respuesta: 354 m/s 
 
3. Una cantidad de aire se lleva del estado a al b siguiendo una 
trayectoria recta en una gráfica pV. 
Si Va = 0,0700 m3, Vb = 0,1100 m3, pa = 1,00 x l05 Pa y pb = 1,40 x l05 Pa, 
¿cuánto trabajo efectúa el gas en este proceso. Suponga que el gas 
tiene comportamiento ideal. 
Respuesta: 400 J. 
 
 
 
 
 
4. Un gas ideal inicialmente a Pi, Vi y Ti se lleva a través de un ciclo, como 
se muestra en la figura 
a) Encuentre el trabajo neto consumido en el gas por cada ciclo. 
b) ¿Cuál es la energía neta agregada por calor al sistema por cada ciclo? 
c) Obtenga un valor numérico para el trabajo neto consumido por cada 
ciclo por 1 mol de gas inicialmente a 0°C. 
 Respuesta: a) -4PiVi ; b) 4PiVi ; c) 9,08 kJ 
 
 
5. Un sistema se lleva del estado a al b por las tres trayectorias 
de la figura 
a) ¿Por qué trayectoria el trabajo efectuado por el sistema es 
máximo? ¿Y menor? 
b) Si Ub > Ua, ¿por cuál trayectoria es mayor el valor absoluto 
de la transferencia de calor? En esa trayectoria, ¿el sistema 
absorbe o desprende calor? 
 
Respuesta: (a) El trabajo es mayor por la trayectoria 1 y 
menor por la trayectoria 3; (b) Por la trayectoria 1 y absorbe 
calor. 
 
 
Cálculo aplicado a la física 3 
6. Un mol de un gas ideal sufre el proceso mostrado en la figura. 
Calcule la variación de la energía interna en AB y BC. 
Considere que: 
 TA = 300K, TB = 350K, TC = 650K, 
CV = 5 cal/mol-K, y R = 1,73 cal/mol-K. 
 
Respuesta: 
 ΔUAB = 250 cal <> 1 046 Joule 
 ΔUBC = 1500 cal <> 6 279 Joule 
 
7. En el proceso mostrado en la figura. El proceso AB es 
isocórico, donde se adiciona 2000 cal al sistema. El proceso 
BC es isotérmico, y se adiciona 234,34 cal. El proceso CA es 
isobárico y se extrae 1323,84 cal. Calcular la variación de la 
energía interna en cada paso. 
 
 Respuesta: 
ΔUAB = 2000 cal <> 8372 Joule 
ΔUBC = 0 
ΔUCA = -2300 Joule <> -549.45 Joule 
 
 
8. Un gas ideal inicialmente a 20°C y 200 kPa posee un volumen de 4 L. Experimenta una 
expansión isotérmica cuasi estática hasta que su presión se reduce a 100 kPa. Calcule 
(a) el trabajo realizado por el gas, y 
(b) el calor suministrado al gas durante la expansión. 
Respuesta: (a) 555 J; (b) 555 J. 
 
9. Cuando un sistema se lleva del estado a al b por la trayectoria acb 
(observe la figura), 90 J de calor entran en el sistema y éste 
efectúa 60 J de trabajo. 
a) ¿Cuánto calor entra en el sistema por la trayectoria adb si el 
trabajo efectuado por el sistema es de 15 J? 
b) Cuando el sistema regresa de b a a siguiendo la trayectoria 
curva, el valor absoluto del trabajo efectuado por el sistema es 
de 35 J. ¿El sistema absorbe o desprende calor? ¿Cuánto? 
c) Si Ua = 0 y Ud = 8,0 J, ¿cuánto calor se absorbe en los procesos 
ad y db? 
 
 
Respuesta: (a) 45 J; (b) -65 J desprende calor; (c) Qad = 23 J , Qdb = 22 J. 
 
 
10. Un gas ideal con un volumen inicial Vi y una presión Pi se expanden adiabáticamente y cuasi 
estáticamente hasta un volumen V2 y una presión P2. Calcule el trabajo realizado por el gas 
integrando directamente pdV. 
 
Respuesta: