Fisica General Burbano

PROBLEMAS 355
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funciona como frigorífico (recorrido a la inversa) y recibe 2 000 calorías
del foco a 273 K. Calcular la eficiencia. 4) Cuántas calorías cede al foco
caliente.
33. 1) Una bomba de calor que funciona con un motor de Carnot
por vía reversible mantiene una habitación a 21 °C, extrayendo calor del
exterior que se encuentra a 11 °C. Si para ello hay que aportar
3,8 kcal/s a la habitación y el kW · h cuesta 10 céntimos de euro, determinar
el gasto diario. 2) En verano el exterior se encuentra a 30 °C y
sacamos 4 kcal/s de la habitación, con el mismo gasto que en invierno;
determinar la temperatura que conseguimos en la habitación.
34. A un resorte, cuya longitud natural, cuando está colgado de un
punto, es de 8 cm, se le pone una masa de 10 kg unida a su extremo libre;
cuando esta masa está en la posición de equilibrio, la longitud del
resorte es 10 cm. La masa se impulsa 3 cm hacia abajo y se suelta.
1) Calcular la constane del resorte. 2) Si el ambiente son 21 °C, ¿cuál
será la variación de entropía del Universo cuando las oscilaciones se hayan
amortiguado?
35. Una máquina frigorífica gasta 3 kW · h diarios y mantiene en
la cámara una temperatura constante de –3 °C. ¿Qué variación de entropía
experimenta el Universo en un día?
36. Calcular la variación de energía interna y entropía que experimentan
100 g de He al pasar de 0 °C a 100 °C en transformación cuasiestática
isobara.
37. Calcular la variación de entropía al mezclar 1 kg de agua a
0 °C con otro a 100 °C.
38. Hallar la variación de energía interna y de entropía que se produce
al fundir 1 kg de hielo a la presión normal. (Considérese que la
densidad del hielo es 0,9 g/cm 3 y la del agua 1 g/cm 3 .)
39. Calcular el aumento de entropía al mezclar 100 kg de hielo a
0 °C con 80 kg de agua a 100 °C. (Se supone nula la influencia del medio
exterior.)
40. Los extremos de una barra metálica, con una conductividad
térmica de 400 W/m · K, se mantienen a temperaturas fijas de 500 K y
300 K, cada uno. La barra tiene una sección transversal de 5 cm 2 de
área y 0,2 m de longitud. Suponemos que no existe pérdida de calor por
el área lateral. 1) Determinar la cantidad de calor que fluye en la unidad
de tiempo por la varilla. 2) Determinar las variaciones de entropía de
los dos focos térmicos (a 500 K y 300 K), de la barra metálica y del universo,
en la unidad de tiempo. 3) Sacar consecuencias acerca de la reversibilidad
o irreversibilidad del proceso.
41. ¿Qué cantidad de calor hace falta para duplicar la temperatura
en una transformación cuariestática isocora de 100 l de hidrógeno a
3 atm de presión y 300 K de temperatura? Calcúlese la variación de entropía
en la transformación. Considérese al gas como ideal.
42. Se realiza una transformación cuasiestática isoterma en un gas
ideal, desde un volumen de 10 l, presión de 5 atm a la temperatura de
300 K hasta que se reduce el volumen a la mitad. Calcular: 1) La presión
final del gas. 2) Número de moles. 3) Trabajo y calor en la transformación.
4) Variación de entropía en la transformación.
43. Dos moles de un gas ideal (c v
= 3 cal/mol · K) describen en
procesos cuasiestáticos el ciclo de la figura; determinar la temperatura de
cada vértice y el trabajo, calor, variación de energía interna y variación
de entropía en cada una de las líneas que constituyen el ciclo, y en el ciclo
total. Determinar el rendimiento del ciclo.
Problema XVI-43.
Problema XVI-44.
44. Un cierto número de moles de un gas ideal describe el ciclo de
la figura en procesos cuasiestáticos, siendo conocidos los valores de las
variables en ella expresadas (T 1
, V 1
, p 1
, p 2
), así como el calor molar a
volumen constante (c v
). Determinar, en función de tales datos, el valor
de p, V y T en cada vértice; el calor, trabajo y variación de energía interna
y entropía en cada línea y en el ciclo: 1) Suponiendo isoterma la
transformación (1 → 2). 2) Suponiendo adiabática la transformación
(1 → 2).