Practica Examen Termodinamica II
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adems que su energa interna (U) no cambia al cambiar el volumen (V) osea
que las fuerzas intermoleculares son cero al expandirse o contraerse el gas.
Procesos termodinmicos: Cuando un proceso termodinmico sufre un
cambio de estado decimos que ha experimentado un proceso. El camino
del proceso est formado por una serie de estados termodinmicos a travs
de los cuales pasa el mismo para ir del estado inicial al estado final. El
trmino "cambio de estado" no se debe confundir con "cambio de fase".
En termodinmica un sistema experimenta un cambio de estado cuando
algunas de sus propiedades termodinamicas (P, V, T) que definen el
estado cambia sus valores en un proceso.
En un proceso cclico el estado final es el mismo que el estado inicial, por lo
tanto el cambio en cualquier funcin de estado es "0"=H, U, T, S, P,
etc. Sin embargo q y w no necesariamente valen "0" en un proceso cclico.
Proceso reversible: El sistema est siempre infinitesimalmente cerca del
equilibrio y cambios infinitesimales pueden volver al sistema y a su entorno
a las condiciones iniciales. Para efectuar un proceso reversible, slo debe
haber diferencias infinitesimales de P y T, de forma que el calor (q) y el
trabajo (w) fluyan lentamente, cualquier cambio en la composicin qumica
debe ocurrir de forma lenta y reversible, adems no debe haber rozamiento.
El trabajo (w) en un proceso mecnico reversible viene dado por:
dwrev = -PV
Proceso Irreversible: Se conoce el punto inicial y final del proceso pero se
desconoce el camino que sigui el proceso termodinmico. No es posible
volver a las condiciones iniciales.
Proceso Isotrmico: En un proceso isotrmico, T es constante a lo largo del
proceso. Para lograr esto experimentalmente se encierra el sistema entre
paredes trmicamente conductoras se coloca dentro de un bao grande a T
constante. Para un gas perfecto el U depende slo de la Temperatura y
como no hay cambio en la T, U=0.
Proceso Adiabtico: En un proceso adiabtico no hay intercambio de calor
(q) con el entorno, por tanto dq=0 y q=0..
Proceso isocrico, el volumen es constante por tanto, el trabajo w=0.
Proceso Isobarco: Proceso a presin constante, para llevar a cabo un
proceso a presin constante se encierra un gas en un cilindro con un pistn
mvil, se mantiene la presin externa sobre el pistn constante e igual a la
presin inicial del gas y lentamente se caliente o se enfra el gas lo cual
origina un cambio en su volumen y temperatura a P constante. En un proceso
a P constante, H=qp.
Cambio de fase reversible a T y P constantes: Un cambio de fase es un
proceso en el cual aparece una nueva fase en el sistema sin que haya tenido
lugar una reaccin qumica.
El calor (q) en un cambio de fase corresponde al calor latente del cambio de
fase medido experimentalmente. El trabajo (w) se obtiene mediante:
w = -PV
Donde V se calcula a partir de las densidades de las dos fases, si una de las
fases es un gas entonces se puede utilizar PV=nRT, para obtener su
volumen.
H a presin constante se obtiene H=qp=q. Finalmente U se calcula
utilizando U= q+w.
w= -P V
Sustituyendo P en w e Integrando w se obtiene:
w= -nRT(ln V2- ln V1)= -nRT (ln P2- ln P1), usando la ley de Boyle.
U=0, U=q+w
q+w=0
q=-w,
q=nRT (ln P2- ln P1),
1.Supongamos que 0.100 moles de un gas perfecto con MM: 152 g/mol, Cv=1.5
cal/g C, Cp= 2.1 cal/g C experimenta un proceso ciclico reversible 1
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4. Donde P o V se mantienen constantes en cada una de las etapas. Calcule q, w y
U para cada etapa y para el ciclo completo.
5. Calcule q, w , U y H para:
a. La fusin de 1 mol de hielo a 0C y 1 atm.
b. El calentamiento reversible a presin constante de 1 mol de agua lquida de 0C
a 100C a 1 atm.
c. La vaporizacin de 1 mol de agua a 100 C y 1 atm.
Datos:
Calor latente de fusin del agua: 79.7 cal/g en su punto normal de fusin.
Calor latente de vaporizacin del agua: 539.4 cal/g en su punto normal de ebullicin
del hielo a 0C= 0.917 g/cm3
del agua a 0C y 1 atm=1.000 g/cm3
del agua a 100C y 1 atm=0.958 g/cm3
6.Considere una mquina que usa focos a 800 C y 0C. Calcule el mximo
rendimiento posible. (b) Calcule si qc es 1000 J halle el valor mximo de -w y el
mnimo valor de qf.
8.El calor de vaporizacin del agua a 100 C es 40.66 kj/mol. Encuentre S cuando
5.00 g de vapor de agua condensan a 100 C y 1 atm.
9.Una mquina trmica que sigue el ciclo de carnot, efectua un trabajo de 2.5 kJ por
ciclo y tiene un rendimiento del 45 %, calcule w, qc y qf.
12. Calcule S cuando 1 mol de vapor de agua inicialmente a 200 C y 1 bar efectua
un proceso cclico con q=-145 J.