Fisica II soluciones practico 3

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Trabajo Práctico Nº3 
 
3. TRANSFORMACIONES EN GASES 
 
 
3.1. Expresar la constante universal de los gases R= 0,08207atm.litro/mol.K en J/mol.K , 
cal/mol.K y kgm/mol.K . 
 R: 8,31J/mol.K; 1,988cal/mol.K; 0,847kgm/mol.K. 
 
 
3.2. Un tanque de V= 30litros contiene nitrógeno (Mn= 28g/mol) a una P= 400kPa y a t= 
20ºC. Al extraer una parte del nitrógeno del tanque la presión desciende a 250kPa mientras 
que la temperatura pasa a 8ºC. Calcular: a) La masa del nitrógeno extraída y la que había 
inicialmente en el tanque; b) Si la masa del nitrógeno extraída se pasa a otro tanque de V= 
15litros, ¿qué presión tendrá a t= 12ºC? 
 R: a) mext = 47,8g, mi =137,8g; b) 270kpa 
 
a) Ecuación de estado de un gas ideal: 
Estado inicial: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estado final: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La masa extraída será 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3. Un recipiente con tapa, de V=20litros contiene nitrógeno (Mn= 28g/mol) a 10ºC y P= 2atm. 
Se abre la tapa, se deja escapar 0,25mol de nitrógeno y se mide la nueva presión P1= 1,5atm. 
Calcule: a) Masa inicial y final del nitrógeno; b)Temperatura final ; c) Si a la masa de gas que 
queda en el recipiente se la lleva nuevamente a 10ºC, ¿cuál será el nuevo valor de la 
presión?. 
 R: a) mi = 48,2g, mf = 41,2g; b) 248,6K; c) 1,7atm. 
 
3.4. Un recipiente cuyo volumen es de 40litros contiene nitrógeno (Mn= 28g/mol) a una presión 
de 1,5kgf/cm2 y una temperatura de 5ºC. Determinar: a) Cuál será la presión de esta misma 
masa si se la pasa a un recipiente cuyo volumen es de 400litros y que se mantiene a 225ºC; 
b) La masa del nitrógeno. 
 R: a) 0,268kg/cm2; b) 71,18g 
 
 
3.5. Un recipiente de volumen 2litros provisto de una llave contiene oxígeno (Mo=32g/mol) a 
300K y P=1atm. Se calienta el sistema hasta que alcanza una temperatura de 400K .En ese 
momento se abre la llave hasta que la presión se estabiliza con la atmosférica y luego se 
vuelve a cerrar, tras lo cual se deja enfriar el sistema hasta su temperatura inicial. Calcular: a) 
Cuál es la presión final del oxígeno del recipiente. b) Cuántos gramos de oxígeno quedaron en 
el recipiente y cuántos había inicialmente. 
 R: a) 0,75atm; b) 1,95g; 2,6g. 
a) 
Se calienta el sistema: 
Se libera el gas: 
Se enfría el sistema: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 
Resuelve el alumno 
 
 
 
 
 
 
 
3.6. Una burbuja de aire se eleva desde el fondo de un lago, en donde la presión es de 3,50atm 
y la temperatura es 7ºC, hasta la superficie en donde la presión es 1atm y la temperatura 
27ºC. Calcule cuál es la razón del tamaño, es decir del volumen de la burbuja cuando alcanza 
la superficie, al tamaño de la misma en el fondo del lago. 
 R: 3,75 
 
3.7. El volumen de un tanque de oxígeno es 50litros. Cuando se saca oxígeno, la indicación de 
un manómetro desciende de 20,5atm a 6,8atm y la temperatura del gas que queda en el 
tanque baja de 30ºC a 10ºC. Calcular: a) Cuántos kg de oxígeno había inicialmente en el 
tanque; b) Cuántos kg se han extraído; c) Qué volumen ocuparía el gas extraído del tanque a 
la presión de 1atm y 20ºC. 
 R: a) 1,32kg; b) 0,85kg;c) 638,7 litros. 
 
3.8. Un gas ideal está encerrado en un cilindro que posee un émbolo móvil en su parte superior. 
Este émbolo tiene una M=800g, un área de 5cm2 y es libre de moverse hacia arriba o hacia 
abajo manteniendo constante la presión del gas. ¿Cuánto trabajo se hace si la temperatura de 
0,2moles de gas se eleva de 20ºC a 300ºC. 
 R: 466J. 
 
 
 
3.9. Un mol de gas ideal se lleva a través del ciclo mostrado. Este 
consta de 3 partes; una expansión isotérmica (ab), una 
compresión isobárica (bc) y un aumento de la presión a 
volumen constante (ca). Si T=300K, Pa=5atm, Pb=Pc=1atm, 
determine el trabajo realizado por el gas durante el ciclo. 
 R: 2015J. 
 
Expansión isotérmica : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compresión isobárica: 
 
 
 
 
 
 donde 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La transformación isocórica no produce trabajo 
 
El trabajo total será: 
 
 
 
 
 
 
3.10. Una muestra de un mol de gas ideal hace un trabajo de 3000J sobre el medio ambiente 
al expandirse isotérmicamente a una presión final de 1atm y un volumen final de 25litros. 
Determine el volumen inicial y la temperatura del gas. 
 R: 7,65litros; 305K. 
 
 
3.11. Se calientan 2 moles de oxígeno de 300K a 320K ¿Cuánto calor se transfirió al gas si el 
proceso ocurre: a) a volumen constante; b) a presión constante? 
 R: a) 844J; b) 1176J. 
 
 
 
3.12. Un mol de gas hidrógeno se calienta a presión constante de 300K a 420K. Calcule: a) 
calor transferido al gas. b) Aumento en la energía interna del gas. c) Trabajo realizado por el 
gas. 
 R: a) 3,46kJ; b) 2,45kJ; c) 1,01kJ. 
 
Primera ley de la termodinámica: o 
 
Con Q(+) si se le entrega energía al sistema y Q(-) si se saca energía del sistema 
W(+) si el sistema realiza trabajo y W(-) si se realiza trabajo sobre el sistema 
 
Calor específico molar de un gas ideal 
 
Gas 
 
 
 
Monoatómico 
 
 
 
 
 
Diatómico 
 
 
 
 
 
Poliatómico 
 
 
 
 
 
El hidrógeno es un gas diatómico 
a) A presión constante será el calor transferido al gas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) A volumen constante será igual al aumento de la energía interna 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) De la ecuación del primer principio de la termodinámica 
 
 
3.13. En un cilindro de 1000 litros de capacidad hay 1293g de aire a 1atm y 0ºC (En 
condiciones normales la densidad del aire es =1,293g/litro). Calcular: a) Calor que hay que 
entregar a volumen para que la temperatura aumente 10ºC; b) Calor que hay que entregar a 
presión constante para que la temperatura aumente 10ºC c) Trabajo realizado para el caso b); 
d) Comparar el resultado de c) con el trabajo que resulta de aplicar el 1er principio. Tomar 
Cv=4,99cal/mol.K, R =1,99cal/mol.K, Maire=29g/mol. 
 R: a) 2224,5cal ; b) 3111,6cal ; c) 378,4kgm ; d) 378,8kgm. 
 
3.14. Calcular la variación de energía interna de 100g de oxigeno cuando se lo calienta de 
cualquier manera de 80ºC a 100ºC (Cv=5,03cal/mol.K). 
 R: 1315,9J.- 
 
3.15. Un recipiente contiene 10g de hidrógeno a 2atm y 7ºC. Se lo calienta a volumen 
constante hasta 27ºC. Calcular: a) Cantidad de calor que se entregó; b) trabajo realizado por 
el gas. d) Variación de la energía interna c) Presión final. 
 R: a) 4880 cal, b) 0; c) 488 cal; d) 2,14atm.- 
 
 
3.16. Dos moles de gas ideal (=1,40) se expanden cuasi-estática y adiabáticamente desde 
una presión de 5atm y un volumen de 12litros a un volumen final de 30litros. Calcular: a)Cual 
es la presión final del gas b) cuales son las temperaturas inicial y final.- 
 R: a) 1,39atm. b) 366K, 254K. 
 
Proceso adiabático: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por propiedad de logaritmo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a)b) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.17. Un gas ideal (=1,40) se expanden cuasi-estática y adiabáticamente. Si la temperatura 
final es 1/3 de la inicial indicar a) ¿En qué factor cambia el volumen? b) ¿En qué factor cambia 
la presión? 
 R: a) 15,6 b) 0,0214 
 
3.18. El cilindro de un motor Diesel al comenzar la carrera de 
compresión contiene aire a 1atm y 20ºC. Calcular la temperatura y 
presión al final de la carrera sabiendo que la compresión es 15:1. 
Supongamos que el aire se comporta como un gas ideal y que la 
compresión es adiabática. 
 R: 44,3atm; 856,6K