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    Tema2 QFI Parte1

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    Tamara Villafañe
    Este documento presenta varios problemas sobre termodinámica de sistemas químicos y físicos. Incluye cálculos de trabajo, calor y cambios de energía interna y entalpía para procesos reversibles de gases ideales como la expansión, compresión y calentamiento. También presenta gráficos presión-volumen y preguntas conceptuales sobre procesos termodinámicos como adiabáticos, isotérmicos y de Joule-Thomson.

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    Este documento presenta varios problemas sobre termodinámica de sistemas químicos y físicos. Incluye cálculos de trabajo, calor y cambios de energía interna y entalpía para procesos reversibles de gases ideales como la expansión, compresión y calentamiento. También presenta gráficos presión-volumen y preguntas conceptuales sobre procesos termodinámicos como adiabáticos, isotérmicos y de Joule-Thomson.

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    PROBLEMAS QUÍMICA FÍSICA I

    TEMA 2 – 1ª PARTE

    1. Un sistema se encuentra inicialmente a P = 175 torr y V = 2,00 L, se expande a presión


    constante de forma reversible hasta un volumen de 5,00 L, y a continuación se reduce la
    presión de forma isocora hasta 122 torr. Responde a las siguientes cuestiones
    considerando que todo el proceso se realiza de forma reversible:
    a) Calcula el trabajo realizado a partir del área de la gráfica P-V.
    2
    b) Calcula el trabajo realizado empleando w = - ∫1 PdV.
    c) Responde a los apartados a y b considerando que el sistema evoluciona directamente
    desde el estado inicial hasta el final (sin pasar por el estado intermedio) a través de una
    línea recta.

    2. Considera un cambio de estado para el cual P2 = P1 y V2 > V1. Representa en un


    diagrama P-V:
    a) Dos procesos reversibles con w < 0.
    b) Dos procesos reversibles con w > 0.

    3. Para el N2(g), CP,m = 3,5·R a temperaturas comprendidas entre 100 y 400 K y presiones
    bajas o moderadas:
    a) Asumiendo un comportamiento ideal, calcula q, w, ∆U y ∆H para la compresión
    adiabática reversible de 1,12 g de N2(g) de 400 torr y 1000 cm3 a un volumen final de 250
    cm3.
    b) Supongamos que se quiere enfriar una muestra de la misma masa que se encuentra a
    temperatura y presión ambiente (T = 25 ºC y P = 1 atm) hasta una temperatura final de
    100 K mediante un expansión adiabática reversible. ¿Cuál será la presión final?

    4. Calcula q, w, ∆U y ∆H si una muestra de 2,00 g de He (CV,m = 3·R/2 independiente de


    la temperatura) experimenta:
    a) Una expansión reversible a presión constante (0,800 atm) desde un volumen inicial de
    20,0 dm3 hasta 40,0 dm3.
    b) Un calentamiento reversible en el que P varía de 0,600 atm a 0,900 atm y V permanece
    constante e igual a 15,0 dm3.
    5. Indica razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
    a) Para un gas perfecto CV es siempre independiente de T.
    b) Para todo proceso adiabático, se cumple P·Vγ = cte.
    c) Según el primer principio de la termodinámica, ∆U = q + w para todo sistema
    termodinámico en reposo y en ausencia de campos externos.
    d) U permanece constante en todo proceso isotérmico en un sistema cerrado.
    e) Para definir un proceso termodinámico es necesario con especificar los estados final e
    inicial.
    f) Si un sistema cerrado sufre un proceso para el cual ∆V = 0, el trabajo P-V sobre el
    sistema deber ser 0.
    g) Para todo proceso en un sistema cerrado en el que ∆U = 0, la temperatura final debe
    ser la misma que la inicial.

    6. El valor del coeficiente de Joule-Thomson, µJT, para el aire a temperaturas cercanas a


    25 ºC y presiones en el intervalo de 0 a 50 bar puede considerarse constante e igual a 0,2
    ºC/bar. Calcula la temperatura final de una masa de gas de 58 g a 25 ºC y 50 bar que
    experimenta un estrangulamiento de Joule-Thomson hasta alcanzar una presión final de
    1 bar.
    Supón ahora que el aire se comporta de forma ideal. ¿Cuál será el valor de la temperatura
    final y de µJT?

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