Un gas sometido a presión constante de 0,8 atm sufre una variación de volumen de 9 L a 2 L. En el proceso, 400 J de energía salen del gas por calor. ¿Cuál es el trabajo (en J) realizado sobre el gas y la variación en su energía interna (en J)? Dato: 1 atm.L = 101,32 J
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
PROBLEMASCalor y energía térmica1. Considere el aparato de Joule descrito en la figura. Las dos masas son de1.50 kg cada una y el tanque se llena con 200 g de agua. ¿Cuál es el aumentode la temperatura del agua después de que las masas descienden unadistancia de 3.00 m?Solución:Suponiendo que toda la energía potencial se convierte en calor, el aumento enla temperatura es∆T = 2mgh/maguaC = 2(1.5 kg)( 9.81 m/s2)(3 m)/(0.2 kg)(1480 J/kg oC) = 0.29 oC2. Una persona de 80 kg que intenta de bajar de peso desea subir unamontaña para quemar el equivalente a una gran rebanada de pastel dechocolate tasada en 700 calorías (alimenticias). ¿Cuánto debe ascender lapersona?Solución:mgh = Q = 700 x 103 cal x 1.480 J/cal = 1036 x 103 Jla altura h = Q/mg = (1036 x 103 J)/(80 kg)(9.81 m/s2) = 1,320 m.3. El agua en la parte superior de las cataratas del Niágara tiene unatemperatura de 10°C. Si ésta cae una distancia total de 50 m y toda su energíapotencial se emplea para calentar el agua, calcule la temperatura del agua enel fondo de la catarata.Solución:Energía potencial: Ep = mghCalor absorbido por el agua para elevar su temperatura: Q = mC∆TLa energía potencial se transforma en calor: Ep = QmC∆T = mgh∆T = gh/C = (9.81 m/s2)(50 m)/4186 J/kg oC) = 0.117 oCTf – Ti = 0.117Tf = Ti + 0.117 = 10.117 oC 95
2. Capacidad calorífica, calor específico y calor latente4. ¿Cuántas calorías de calor son necesarias para aumentar la temperatura de3.0 kg de aluminio de 20°C a 50°C.Solución:Q = mCAl∆T = (3000 g)(0.215 cal/g oC)(50 oC – 20 oC) = 19,350 calorías.5. La temperatura de una barra de plata aumenta 10.0°C cuando absorbe 1.23kJ de calor. La masa de la barra es de 525 g. Determine el calor específico dela plata.Solución:Q = mCHg∆TDespejando CHgCHg = Q/m∆T = (1230 J)/(525 g)(10 oC) = 0.234 J/g oC6. Si 100 g de agua a 100°C se vierten dentro de una taza de aluminio de 20 gque contiene 50 g de agua a 20°C, ¿cuál es temperatura de equilibrio delsistema?Solución:Sean m1 = 100 g, m2 = 50 g, m3 = 20 g, Ca = 1 cal/ g oC, el calor especifico delagua, Chg = 0.215 cal/ g oC, el calor especifico del aluminio y Tf la temperaturafinal del sistema:Q100g = Q50g + Q20gm1Ca (100 oC - Tf) = m2Ca(Tf – 20 oC) + m3Chg(Tf - 20 oC)Despejando Tf, se obtiene m1Ca 100o C + m 2 Ca 20o C + m3Chg 20o CTf = m1Ca + m 2 Ca + m3ChgSustituyendo los valores de los parámetros conocidos, se obtiene queTf = 78.3 oC7. ¿Cuál es la temperatura de equilibrio final cuando l0 g de leche a 10°C seagregan a 160 g de café a 90°C? (Suponga que las capacidades caloríficas delos dos líquidos son las mismas que las del agua, e ignore la capacidadcalorífica del recipiente).Solución:Sea mleche = 10 g, Tleche = 10oC, Cleche la capacidad calorífica de la leche, mcafe= 160 g, Ccafe la capacidad calorífica del cafe, Tcafe = 90oC, Tf, la temperaturafinal de la mezcla. El balance de energía nos da como resultado quemlecheCleche(Tf – Tleche) = mcafeCcafe(Tcafe – Tf)Despejando la temperatura final de la mezcla, Tf, resulta 96
té a 10°C?Solución: 98
w=p(vi-vf)
w=0.8atm.(2L-9L)
W=-5.6atmL
se convierte a j
sele
W=-567.42j