U NIVERSIDAD N ACIONAL

DE

T RES

DE

F EBRERO

P ROBLEMAS DE LA C ÁTEDRA F ÍSICA 2

Titular: Daniel Valdivia

Adjunto: María Inés Auliel

9 de septiembre de 2016

Transformaciones Justificar cada una de sus respuestas. Realizar hipótesis en cada uno de los problemas. Problema 1. Un mol de gas ideal diatomico evoluciona cumpliendo el ciclo de la figura, en sentido abcda. a) Efectúe el gráfico de presión en función de volumen. b) Indique el trabajo, el calor intercambiados y de la variación de energía interna del gas, en cada evolución y en el ciclo. P(atm)

c

4 b

2

a

d

300

500 T(K)

Resp: en unidades de l.atm: Qab = −17, 05, Qbc = 57, 40, Qcd = 28, 42, Qda = −57, 40, Qciclo = 11, 37; Wab = −17, 05, Wbc = 16, 40, Wcd = 28, 42, Qda = −16, 40, Wciclo = 11, 37; δUab = 0, δUbc = 41, δUcd = 0, δUda = −41, δUciclo = 0. Problema 2. Un gas ideal diatómico se encuentra inicialmente a una temperatura T1 = 300 ◦ K, una presión p1 = 105 Pa y ocupa un volumen V1 = 0,4 m3 . El gas se expande adiabáticamente hasta ocupar un volumen V2 = 1,2 m3 . Posteriormente se comprime isotérmicamente hasta que su volumen es otra vez V1 y por último vuelve a su estado inicial mediante una transformación isócora. Todas las transformaciones son reversibles. a) Dibujar el ciclo en un diagrama p-V. Calcular el número de moles del gas y la presión y la temperatura después de la expansión adiabática.

1

b) Calcular la variación de energía interna, el trabajo y el calor en cada transformación. Resp: a) 16 moles, 0, 21×105 Pa, 193, 7 ◦ K; b) Adiabatica: Q12 =0, -W12 =δU12 = −35340 J, Isoterma: δU23 =0, W23 =Q23 = −28294 J, Isocora: W31 =0, Q31 =δU31 = 35340 J. Problema 3. Deducir de los siguientes diagramas P-V (diagramas de Clapeyron) el sentido de los calores intercambiados, los trabajos y las variaciones de energía interna. La línea curva en la segunda figura es una transformación isotérmica. P

P

4

1

3

3

1

2 V

2 V

Problema 4. Se comprimen politrópicamente 300 dm3 de aire desde la presión de 1 kg/cm2 y la temperatura de 15 ◦ C hasta la presión de 9 kg/cm2 . Siendo el exponente politrópico igual a 1, 1, determinar: a) la temperatura final, b) la variación de energía interna y c) el trabajo de compresión. Para el aire Cv= 0,17 kcal/kg ◦ C. Resp: a) 78, 6 ◦ C, b) δU/δm=10, 87 Kcal/Kg, c) −6639 Kgm. Problema 5. Considere el proceso cíclico descrito en la figura. Si Q negativo para el proceso BC y δU es negativo para el proceso CA, ¿ Cuales son los signos de Q, W y δU que están asociados con cada proceso?

2

P(kPa) B

8 A 2

C 6

10

V(m 3 )

Resp: BC: Q