PROBLEMAS PROPUESTOS

"La vida no es un don gratuito ni objeto de juego y lujo; se obtiene con una madurez de juicio y se consolida con una gran severidad de costumbres."

Luis Castelar.

1. Una máquina de vapor toma vapor de la caldera a 200ºC (225 lb/in2 de presión) y lo cede directamente al aire (14 lb/in2) a 100 ºC. ¿Cuál es su eficiencia máxima posible?

Resp. e=21.1%

2. Calcular el cambio de entropía de un sistema formado por 1 kg de hielo a 0 ºC que se funde reversiblemente en agua a la misma temperatura. La entalpía de fusión es de 79.6 cal/g.

Resp. Sf=291.41 cal/K.

3. Un mol de un gas ideal monoatómico se lleva de el estado 1 (22.4 lt. y 273 K) al estado 2 (2 atm y 303 K). Calcular E, H y S. (Cv = 3 cal/mol; Cp = 5 cal/mol).

Resp. E=90 cal/mol, H=150 cal/mol, S=-0.86 cal/molK.

4. Una máquina ideal opera entre T2 y T1. Por cada ciclo, Q2 es de 4.5 x106 cal y DS2 es de 15000 cal/ºK; T1 es de 300ºC. Calcular:

a) La eficiencia de la máquina.

b) El trabajo efectuado por el ciclo.

Resp. a) e=47.6%; b) Wci=4.1 x10e6 cal.

5. Un mol de un gas ideal cuya Cv = 3 cal/mol K, se lleva desde 0 ºC y 2 atm, a –40 ºC y 0.4 atm. Calcular S para este cambio de estado.

Resp. S=2.41 u.e. /mol.

6. Un mol de gas ideal, inicialmente a 25 ºC, se expande:

a) isotérmica y reversiblemente desde 20 a 40 l.

b) contra una presión de oposición cero (expansión de Joule) desde 20 a 40 l. Calcular E, S, Q y W, para (a) y (b). Obsérvese la relación entre S y Q en (a) y (b).

Resp. a) E=0, Q=W=910.64cal/mol, DS=1.377 u.e./mol; b)E=0, Q=0, W=0, S=1.377 u.e./mol (ya que S es función de estado).

7. Un mol de gas ideal se expande adiabática y reversiblemente: estado inicial 300 K, 1 atm; estado final: 0.5 atm. Calcular T2, Q, DE, W y DS. Cv = 3 cal/molK.

Resp. T2= 227.4 K, Q=0, E=-216.5 cal/mol, W=216.5 cal/mol, S=0.

8. El siguiente diagrama representa un ciclo de Carnot para un gas ideal:

a) Calcule la eficiencia del motor. Resp. e=25%.

b) ¿Cuánto calor absorbe a 400K? Resp. Q1=3200 J

c) ¿Qué cantidad de calor expele a 300K? Resp. Q2=-2400 J.

d) ¿Cuál es el cambio de entropía en la etapa A – B? Resp. S= 8 u.e.

e) ¿Cuál es el cambio de entropía del ciclo? Resp. S=0.

f) Si se necesita que el motor realice un trabajo de 2 kcal ¿Cuánto calor debe absorber?

Resp. Q2=8000 J.