TP19_Calor_Procesos

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PRÁCTICO 19: TERMODINÁMICA – Calor y procesos 
 
1- Un recipiente aislado de gran tamaño contiene 120 g de café a 85,0°C. (a) ¿Cuánto hielo a 0°C 
habrá que añadir para que el café se enfríe hasta 50,0°C? Ahora bien,(b) ¿cuánto café a 100°C 
habrá que agregar para que el contenido vuelva a estar a 85,0°C? (c) ¿Cuántos gramos habrá al 
final en el recipiente?? 
Resol: (a) 𝑚𝑕 = 32,3𝑔 
(b) 𝑚𝑐 = 355𝑔 
(c) 𝑚𝑇 = 508𝑔 
 
2- Cuando hace frío, un mecanismo importante de pérdida de calor del cuerpo humano es la energía 
invertida en calentar el aire que entra en los pulmones al respirar. a) En un frío día de invierno 
cuando la temperatura es de -20,0 °C, ¿cuánto calor se necesita para calentar a la temperatura 
corporal (37,0 °C) los 0,500 L de aire intercambiados con cada respiración? Suponga que la 
capacidad calorífica específica del aire es de 1200 J/kgK y que 1,00 L de aire tiene una masa de 
1,30 x 10-3 kg. b) ¿Cuánto calor se pierde por hora si se respira 20 veces por minuto? 
Resol: a) 𝑄 = 38𝐽 
b) 𝑄 𝑡 = 13𝑊 
 
3- En un recipiente aislado, 250 g de hielo a 0,00ºC se añade a 600 g de agua a 18,0 ° C. (a) ¿Cuál 
es la temperatura final del sistema? (b) ¿Cuánto hielo se mantiene cuando el sistema alcanza el 
equilibrio? 
Resol: (a) 𝑇𝐹 = 0°𝐶 
(b) 𝑚 = 114𝑔 
 
4- Los escaladores de montañas no comen nieve, sino que siempre la funden primero en una 
hornilla. Para ver por qué, calcule la energía absorbida por su cuerpo si a) usted come 1,00 kg de 
nieve a -10,0°C que su cuerpo calienta a temperatura corporal de 37,0°C; b) usted funde 1,00 kg 
de nieve a 10,0°C usando una estufa y luego bebe el resultante 1,00 kg de agua a 2,00°C, que su 
cuerpo tiene que calentar a 37,0°C. 
Resol: a) 𝑄𝑎 = 5,1 10
5 𝐽 
b)𝑄𝑏 = 1,5 10
5 𝐽 
 
5- Un frasquito de vidrio (capacidad calorífica = 2800 J/kgK) con masa de 6,00 g que contiene una 
muestra de 16,0 g de una enzima con capacidad calorífica de 2250 J/kgk se enfría en un baño de 
hielo que contiene agua y 0,120 kg de hielo. ¿Cuánto hielo se derrite para enfriar la muestra, 
desde la temperatura ambiente (19,5 °C) hasta la temperatura del baño de hielo? 
Resol: 𝑚 = 3,08𝑔 
 
6- Un gas ideal inicialmente a 300 K experimenta una expansión isobárica a 2,50 kPa. Si el volumen 
aumenta de 1,00 m
3
 a 3,00 m
3
 y se transfieren 12,5 kJ al gas por calor, ¿cuáles son a) el cambio 
de energía interna y b) su temperatura final? 
Resol: (a) △𝐸𝑖𝑛𝑡 = 7,50 𝑘𝐽 
(b) 𝑇2 = 900 𝐾 
 
7- Una muestra de 2,00 moles de gas helio, inicialmente a 300 K y 0,400 atm, se comprime 
isotérmica a 1,20 atm. Si nota que el helio se comporta como un gas ideal, encuentre a) el 
volumen final del gas, b) el trabajo consumido en el gas y c) la energía transferida por calor. 
Resol: a) 𝑉𝑓 = 0,0410 𝑚
3 
b) 𝑊 = +5,48 𝑘𝐽 
c) Q= −5,48 𝑘𝐽 
 
8- El diagrama PV de la figura muestra dos posibles estados de un sistema que contiene 1,55 moles 
de un gas monoatómico ideal (P1 = P2 = 455 Pa, V1 = 2,00 m3, V2 = 8,00 m3). a) Dibuje el 
proceso que muestre una expansión isobárica del estado 1 al estado 2, y desígnelo como el 
proceso A. b) Determine el trabajo realizado por el gas y el cambio en la energía interna del gas 
en el proceso A. c) Dibuje el proceso de dos pasos que muestre una expansión isotérmica del 
estado 1 al volumen V2, seguido por una aumento isocórico en la temperatura al estado 2, y 
designe este proceso como B. d) Determine el cambio en la energía interna del gas para el 
proceso B que consta de dos pasos. 
 
a. b. W=2.730 J ⍙U=4,1.103 J c. en a. c. 4,1 . 103 J 
 
9- Cuando 6,30x10
5
 J de calor se agregan a un gas encerrado en un cilindro ajustado con un pistón 
ligero sin fricción que se mantiene a presión atmosférica, se observa que el volumen aumenta de 
2,20 m
3
 a 4,10 m
3
. Calcule a) el trabajo realizado por el gas y b) el cambio en la energía interna 
del gas. c) Grafique este proceso en un diagrama PV. 
Resol: a) 𝑊 = 1,92 105𝐽 
b) Δ𝐸𝑖𝑛𝑡 = 4,38 10
5𝐽 
 
10- Un motor diesel logra ignición sin una bujía, mediante una compresión adiabática del aire a 
una temperatura por arriba de la temperatura de ignición del diesel, que se inyecta en el cilindro 
en el punto de máxima compresión. Suponga que el aire se introduce en el cilindro a 280 K y 
volumen V1, y se comprime adiabáticamente a 560°C y volumen V2. Si se supone que el aire se 
comporta como un gas ideal cuya razón CP a CV es 1,40, calcule la tasa de compresión V1/V2 
del motor. 
Resol: 
𝑉1
𝑉2
= 15,3