Taller DE Termodinamica Javier Padilla

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CALOR Y ONDAS 
TALLER TERMODINAMICA 
 
 
JAVIER ANDRES PADILLA ACUÑA 
2015216094 
 
 
DOCENTE: 
JOSE MARIA GARCIA 
 
 
GRUPO #11 
 
 
UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA 
FACULTAD DE INGENNIERIA 
 
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SECCIÓN DE PREGUNTAS 
 
A CONTINUACIÓN, ENCONTRARÁ UNA SERIE DE PREGUNTAS, ESCOJA LA RESPUESTA 
CORRECTA 
1. Una botella térmica adaptada con un pistón está llena con un gas. Dado que la botella está bien aislada, ningún 
calor puede entrar o salir de ésta. El pistón se empuja hacia dentro, comprimiendo al gas. 
Proceso adiabático 
A. ¿Qué pasa con la presión del gas? ¿Aumenta, disminuye o se queda igual? 
R// En una compresión adiabática la presión aumenta. 
B. ¿Qué pasa con la temperatura del gas? ¿Aumenta, disminuye o se queda igual? 
R// Como la curva adiabática esta entre 2 isotérmicas, si la presión aumenta, la temperatura también aumenta. 
C. ¿Cambian otras propiedades del gas? 
R// Si cambia el volumen reduciéndose porque es una compresión. 
2. Un gas ideal monoatómico se expande en forma isotérmica de { 1, 1, 1} { 2, 2, 2}. Luego ÿ ą ă ÿ ÿ ą ă
experimenta un proceso isocórico que lo lleva de { 2, 2, 2} { 1, 1, 1}. Finalmente, el gas experimenta ÿ ą ă ÿ ÿ ą ă
una compresión isobárica que lo lleva de regreso a { 1, 1}. ÿ1, ą ă
 
 
 
A. Utilice la primera ley de la termodinámica para encontrar para cada uno de estos procesos. Entre 1 y 2 es Ā
isotérmico 
∆ą Ć = Ā 2 
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ą2 
Ć Ąāă ÿ = ĂĄ ( = ) → Ąāă1 2ą1 
ą1 
ą2 
Ć = ÿ1ą2ĂĄ ( ) 
ą1 
ą2 
Ā12 = ÿ1ą1ĂĄ ( ) 
ą1 
Entre 2 y 3 es isocórico 
Ā Ā23 = Ą ą∆ă( ) con ÿą = R = monoatómico -> 23 = Ą ā(ă3 2 ă2) 
Ā23 = 23 (Ąāă3 2 Ąāă2) con nRT=PV -> Ā23 = 23 (ÿ3ą3 2 ÿ2ą2)
Pero y -> ą3 = ą2 ÿ3 = ÿ1 Ā23 = 32 (ÿ1ą2 2 = ÿ2ą2) -> Ā23 32 ą2 2(ÿ1 2 ÿ ) 
Entre 3 y 1 es isobárico 
Ā31 = Ąāÿ∆ă āąĄ āÿ = ā → 㹥ąÿĊąăÿāą 
5 
Ā31 = Ą ā(ă ă1 2 3) → Ā31 = (Ąāă1 2 Ąāă3) 
āąĄ Ąāă ÿą = 2 
5 
Ā31 =(ÿ ÿ1ą1 2 3ą3) = = āąĄ ÿ3 ÿ1 ď ą3 ą2 
2 
 5 5 
Ā31 = (ÿ1ą1 2 ÿ ÿ1ą2) → Ā31 = 1(ą1 2 ą2) 
 2 2 
B. Escriba una expresión para total en términos de 1, 2 1 2. Ā ÿ ÿ ą ď ą
Ā ĀăąĊÿĂ = Ā12 + 23 + Ā31 
 ą2 3 5 
ĀăąĊÿĂ = ÿ1ą1ĂĄ ( ) + ) + ą2(ÿ1 2 ÿ2 ÿ1(ą1 2 ą2) 
 ą1 2 2 
 ą2 3 3 5 5 
ĀăąĊÿĂ = ÿ1ą1ĂĄ ( ) + + ÿ1ą2 2 ÿ2ą2 ÿ1 ą1 2 ÿ1ą2 
 ą1 2 2 2 2 
 5 ą2 5 
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ĀăąĊÿĂ = ÿ1ą1 [ + ĂĄ ( )] 2 ÿ1ą2 2 ÿ1ą2 
 2 ą1 2 
 
3. Un motor térmico funciona con una eficiencia de 0.5 ¿Cuáles pueden ser las temperaturas de depósitos de 
temperatura alta ( ) y de temperatura baja ( )? ăÿ ăă
A. ăÿ ăă = 600 Ă ď = 100 Ă 
B. ăÿ = 600 = 200 Ă ď ăă Ă
C. ăÿ = 500 = 200 Ă ď ăă Ă
D. ăÿ ăă ăÿ = 500 Ă ď = 300 Ă E. = 600 = 300 Ă ď ăă Ă
4. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones acerca del ciclo de Carnot es (son) incorrecta(s)? 
A. La máxima eficiencia de un motor de Carnot es de 100% ya que el ciclo de Carnot es un proceso ideal. 
B. El ciclo de Carnot consiste en dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos. 
C. El ciclo de Carnot consiste en dos procesos isotérmicos y dos procesos (entroÿĉăĄĊĈoĆÿāąĉ
constante). 
D. La eficiencia del ciclo de Carnot depende solamente de las temperaturas de los dos depósitos térmicos. 
5. ¿Es una violación a la segunda ley de la termodinámica capturar todo el calor desechado del motor de vapor 
y entubarlo de regreso al sistema a que trabaje? ¿Por qué si o por qué no? 
R// Si es una violación a la segunda ley de la termodinámica, por que entonces ya no habría calor que se pierda 
en el entorno y todo el calor aplicado al sistema se convertiría en trabajo y estaría negando la segunda ley. 
6. A un gas se le permite expandirse ) ) . En cada proceso, ¿la ÿ ÿĂÿÿĀáĊÿāÿăăĄĊă ď Ā ÿĉąĊéĈăÿāÿăăĄĊă
entropía aumenta, disminuye o permanece constante? Explique sus respuestas. 
R// a) En la expansión adiabática al no haber variación de calor, de trabajo, ni intercambio de temperatura la 
entropía permanece constante. 
b) En la expansión isotérmica como la temperatura permanece constante, la entropía aumentara en función de su 
volumen. 
7. Explique por qué cada uno de los siguientes procesos es un ejemplo de desorden o aleatoriedad creciente: 
mezclado de agua caliente y fría; expansión libre de un gas; flujo irreversible de calor; producción de calor por 
fricción mecánica. ¿Hay aumentos de entropía en todos ellos? ¿Por qué? 
Mezclado de agua fría y caliente: Porque después no podrás volver a separar el agua fría y el agua caliente dado 
que llegarán a un punto donde simplemente tendrán la misma temperatura y no la diferenciarías. 
Expansión libre de un gas: Porque si dejas que el gas se expanda libremente no podrás volver a tenerlo como lo 
tenías inicialmente y además se mezclaría con otros componentes del entorno. 
Flujo irreversible de calor: Porque ese calor se disipará a medida que va fluyendo y se ira perdiendo en el entorno. 
8. En un refrigerador se tienen dos masas iguales de hierro y aluminio. Posteriormente los sacamos al 
ambiente. ¿Cuándo los dos han alcanzado la temperatura del ambiente quien ha recibido mayor energía térmica? 
A. El hierro. 
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B. El aluminio. 
C. Es igual por ambos objetos. 
D. No se puede determinar por cual objeto es mayor con la información suministrada. 
9. Se tienen 1kg de aluminio en forma esférica y 1 kg de aluminio en forma cubica, ambos en el 
refrigerador. Al sacarlos al ambiente, el objeto que recibe energía con una mayor potencia es: A. El 
esférico. 
B. El cubico. 
C. Es igual por ambos objetos. 
D. No se puede determinar por cual objeto es mayor con la información suministrada. 
10. Se tienen cantidades iguales de un gas monoatómico (A) y un gas diatómico (B). Sí a cada una se le agrega la 
misma cantidad de energía por calor, 
A. A presenta mayor incremento de temperatura. 
B. B presenta mayor incremento de temperatura. A 
C. Ambas presentan la misma variación de temperatura 
 
 
 
 
SECCIÓN DE EJERCICIOS. 
RESUELVA CADA SITUACIÓN PROPUESTO Y JUSTIFIQUE FISICAMENTE EL PROCESO PARA 
OBTENER SUS RESULTADOS. 
 
1. El diagrama representa un ciclo termodinámico que 
experimenta un sistema de 0.80 de gas ideal, los ăąĂ
procesos y son isotérmicos. El ciclo þÿ Āý 
 
se desarrolla en el orden ý → þ → ÿ → Ā → ý. A partir 
de la información suministrada calcule: 
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SOLUCION: 
Datos: 
Ćÿ = Ćþ = 2.0 ∗ 106Ćÿ = = 900ĆĀ = 4.0 ∗ 105 Ċþ ĊĀ ā 
Č Č Čÿ = 0.0010ă3 Ā = ā = 0.0050ă3 
Convertimos los pascales en atm para que sean de acorde a las magnitudes de los datos 
Ćÿ = 2.0 ∗ 10 → 19.74 ÿĊă = 4.0 ∗ 106Ćÿ ĆĀ 5 = 3.948 ÿĊă 
ÿĊă × ă 
ā = (0.082 ) 
ăąĂ × Ă 
Č ă Č Čÿ = 0.0010ă3 = 1 Ā = ā = 0.0050ă3 → 5ă 
En A 
ÿĊă × ă 
 ĄāĊ ăąĂ ăąĂ āþ (0.80 ) (0.082 × Ă) (900 ) 
ĆþČ ĄāĊþ = þ → Čþ = = 3 . → → Čþ ă → �㗎 �㗎�㗎�㗑�㗎 �㖎�
 Ćþ 19.74 ÿĊă 
En B 
 
ĆÿČ ĄāĊÿ = ÿ → Ċý ý ý = Ąā→ Ċ = ((19.74 ) (0.082 × ÿĊă ă ăąĂ)(1 )0.80 ÿĊă ă) → Ċ = 300.90ā 
ăąĂ × Ă 
 
En C 
ÿĊă × ă 
ĆāČ ĄāĊā = ā → Ćā = Ąā ČĊā → Ćā = (0.80 ) (0.082(5 )× ) (900 = 11.808ăąĂ ăăąĂ Ă ā) → Ćā ÿĊă → 
Ć Ćā = 1.2 ∗ 106 ÿ 
 
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En D 
con los cuatro procesos termodinámicos tenemos que proceso 
isotérmico proceso isocórico ∆ă = 0, ∆Ą = 0, ∆Ā = ∆Ć ∆ą 
= 0, ∆Ć = 0, ∆Ā = ∆Ą 
Ċ Ċ ĊĀ = ý → Ā = 300.40ā 
Calculamos W; Q y ∆u 
Del diagrama P-V se ve que: 
∆ċþā = 0 
ĆāĀ= 0 
∆ċĀý = 0 
āČ = ( ) ā ā āĆ = ( ) 
Para el cambio de calor ∆Ā
Para Entre A-B ∆�㕸 Para esta ocasión usaremos la constante ā
expresada en 
Ā Ā Āýþ = ĄāĆ∆ă → ýþ ā → ýþ = 10 ∗ 103ā 
 2 ăąĂ ∙ Ă 
Ć ∆ą Ćýþ = Ćý ý → ýþ = 2.0 ∗ 10 (0.0030 2 0.0010) → Ć = 4 ∗ 106 ýþ 3ā En E.
Para Entre C-D ∆�㕸 
Ć ā ∆ă ā āÿĀ = 0 = → ∆ċÿĀ ĄāČ → → ∆ċÿĀ = 26 ∗ 103 
ĀÿĀ = ∆ċÿĀ = 26 ∗ 103ā 
En F. 
Para �㕾ÿĀ proceso isocórico ∆ą = 0, ∆Ć = 0, ∆Ā = ∆Ą ĆÿĀ = 0ā
En G. 
Para∆�㕼 Entre A-B 
∆ċýĀ = ĄāČ∆ă → ċýĀ ā → ċýĀ ā 
 Ă En H. 
Para �㕾þÿ 
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 ąā 
Āþÿ = Ćþÿ → Ćþÿ Ąāăþÿ㥠( ) → Ćþÿ = (0.8)(8.314)(900)ĂĄ () → Āþÿ = Ćþÿ 
ąþ 
ā 
En F. 
Para �㕾ýþÿĀý 
 ąý 
ĀĀý = ĆĀý → ĆĀý = Ąāăþÿ㥠( ) → ĆĀý = 0.8 () 8.314(300.7)ăĄ() 
ąĀ 
ĀĀý = ĆĀý ā 
luego 
Ć Ć Ć Ć ĆýþÿĀý ýþ þÿ ÿĀ + ĆĀý → ýþÿĀý 
→ ĆýþÿĀý Ā 
2. En una competencia, un velocista realiza 4.8 10 5 de trabajo y su energía interna disminuye en Ď ā
7.5 10 Ď 5 ā. a) Determine el calor transferido entre su cuerpo y su entorno durante este evento. b) ¿Qué indica el 
signo de su respuesta al inciso a)? 
 
 
SOLUCION: en A) 
Ć ā = 4.8 × 10 5 
∆�㕼 ā 10 = 27.5 Ď 5 
Ā + = ∆Ą Ć 
Ā 10 = 27.5 Ď 5 ā ā ā + 4.8 × 10 5 → Ā = 22.7 × 105 
 
en B) 
el signo nos indica que el velocista transfiere energía al entorno en el que se encuentra por lo tanto su energía 
interna disminuye y el calor sale 
3. Un alambre de acero y uno de cobre, cada uno de 2.000 mm de diámetro, se unen por los extremos. A 40.0° , ÿ
cada uno tiene una longitud no estirada de 2.000 ă. Los alambres se conectan entre dos soportes fijos separados 
4.000 sobre una mesa. El alambre de acero se extiende desde = 0, el alambre de cobre ă Ď = −2.000 m hasta Ď
se extiende desde = 0 hasta = 2.000 m, y a tensión es despreciable. Después la temperatura baja a 20.0 ° . Ď Ď ÿ
A esta temperatura más baja, encuentre la tensión en el alambre y la coordenada x de la unión entre los alambres. 
SOLUCION: en B) 
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Datos: ýĂÿăĀĈă Ăă : 2.000 ÿāăĈą ăă ýĂÿăĀĈă Ăă āąĀĈă: 2.000 ăă
ă ăĀ = 40.0°C Ă = 20.0 °C ∆ă = 20.0 °C 
4. En el siguiente diagrama: 
A. ¿Cuál es el cambio de energía interna, cuando un sistema pasa del estado a al b a lo largo de la 
transformación recibe una cantidad de calor de 20000 y realiza 7.500 de trabajo? ÿāĀ āÿĂ āÿĂ
B. ¿Cuánto calor recibe el sistema a lo largo de la transformación , si el trabajo realizado es de 2500 ? ÿĂĀ āÿĂ
C. Cuando el sistema vuelve de b hacia , a lo largo de la transformación en forma de curva, el trabajo hecho ÿ
sobre el sistema es de 5000 . ¿Cuánto calor absorbe o libera el sistema? D. Si = 0 = 10000 āÿĂ Ąÿ ď ĄĂ
āÿĂ ď ĂĀ hállese el calor absorbido en los procesos ÿĂ . 
 
SOLUCION: en A) 
Ā + = ∆Ą Ć Ā = → ∆Ą 2 Ć 
∆Ą ∆Ą = 20000 cal 2 7.500 cal = 13500 cal 
 
en B) 
Ć āÿĂÿĂĀ = 2500 
∆Ą ĆÿĀ = ĀÿĂĀ 2 ÿĂĀ 
12500 = 2500ĀÿĂĀ 2 
ĀÿĂĀ = 15000 āÿĂ 
SOLUCION: en C) 
∆ĄĀÿ = 212500 āÿĂ 
Ć āÿĂĀÿ = 5000 
∆Ą ĆĀÿ = ĀĀÿ 2 Āÿ 
2 212500 = ĀĀÿ (25000) 
ĀĀÿ = 217500 
SOLUCION: en D) 
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∆Ą Ā ĆÿĂ = ÿĂ 2 ÿĂ 
∆Ą ĄÿĂ = Ă 2 Ąÿ 
∆ĄÿĂ = 10000 2 0 = 10000 
Ć Ć āÿĂ ćċă ĆÿĂ = ÿĂĀ = 2500 ďÿ ĀĂ = 0 
10000 = 2500ĀÿĂ 2 
ĀÿĂ = 10000 āÿĂ āÿĂ + 2500 
ĀÿĂ = 12500 āÿĂ 
5. En una planta de procesamiento químico, una cámara de reacción de volumen fijo V0 se conecta a una cámara 
de depósito de volumen fijo 4V0 mediante un pasillo que contiene un tapón poroso térmicamente aislante. El tapón 
permite que las cámaras estén a diferentes temperaturas y que el gas pase de una cámara a la otra, además de 
asegurar que la presión sea la misma en ambas. En un punto del procesamiento, ambas cámaras contienen gas a 
una presión de 1.00 atm y una temperatura de 27.0°C. Las válvulas de admisión y escape hacia el par de cámaras 
están cerradas. El depósito se mantiene a 27.0°C mientras la cámara de reacción se calienta a 400°C. ¿Cuál es la 
presión en ambas cámaras después de que se logran estas temperaturas? 
 
 
 
 
 
 
Datos: 
ÿ1 = 1 ÿĊă ă1 = 27.0°C ă1 = 400°C 
Aplicando la ley de los gases combinados 
ÿ1ą ą1 ÿ2 2 
= 
ă ă1 2 
Convertimos unidades: 
ÿ1 = 1 ÿĊă → ÿ ăąĈĈ1 = 760 
ă ă1 = 27.0°C → ă1 = 300.15 Ă 2 = 400°C → ă2 = 673.15 Ă 
 
760 × × 4ăąĈĈ ą0 ÿ2 ąą 
= 
 300.15 673.15 Ă Ă 
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