4. Considere el siguiente proceso de dos pasos. Se permite que fluya calor hacia fuera de un gas ideal a volumen constante, de manera que su presión disminuye de 2.2 a 1.4 atm. Luego, el gas se expande a presión constante, de un volumen de 5.9 a 9.3 L, donde la temperatura alcanza su valor original (véase la figura). Calcule a) el trabajo total que realiza el gas en el proceso, b) el cambio en la energía interna del gas en el proceso y c) el flujo de calor total hacia dentro o hacia fuera del gas.
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
482J, 0J, 482J
Explicación:
a.- El trabajo total que realiza el gas en el proceso es de W = 482.3 J
b.- El cambio de energía interna que experimenta el gas es de ΔU = 0J
c.- El flujo de calor total del gas es Q = W = 482.3J
Procesos termodinámicos para gases ideales, es el tema de este problema:
Primeramente el proceso es a volumen constate (proceso isocórico) variando su presión
- P1 = 2.2atm
- P2 =1.4atm
Luego se expande Isobáricamente de 5.9 a 9.3litros (aumenta su volumen)
V1 = V2 = 5.9L
V3 = 9.3L
P2 = P3 = 1.4atm
Para determinar el trabajo usamos la ecuacion
W = PΔV
Convertimos el volumen de litros s metros cúbicos (m³) sabiendo que:
1000Litros = 1m³
- 5.9L *1m³/1000L = 0.0059m³
- 9.3L = 0.0093m³
Ahora bien 1 atm = 101325 Pa
1.4atm * 101325Pa/1atm =141855Pa
Un proceso isocórico no genera trabajo ya que el volumen no varia ΔV = 0, por lo cual el trabajo total será el proceso isobárico (2do proceso)
W = 141855Pa * (0.0093 - 0.0059)m³
W = 482.3 J
El cambio de energia interna en este caso va a depender del tipo de proceso, en este evidenciamos un ciclo cíclico ya que el gas vuelve a su temperatura inicial, y la energia interna del mismo va ligado a esta variable por lo cual la energia interna es 0
ΔU = 0J
Como la energía interna es 0 la primera ley de la termodinámica establece que
Q = ΔU + W
Q = 0J + 482.3J
Q = W = 482.3J
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