SERWAY - JEWETT

570 Capítulo 20 Primera ley de la termodinámica
SOLUCIÓN
Conceptualizar Represente el proceso en su mente: el cilindro en la figura 20.7 se sumerge en un baño de hielo–agua
líquida, y el pistón se mueve hacia afuera de modo que el volumen del gas aumenta.
Categorizar Se evaluarán los parámetros con las ecuaciones desarrolladas en las secciones anteriores, así que este ejemplo
se clasifica como un problema de sustitución. Porque la temperatura del gas es fija, el proceso es isotérmico.
Sustituya los valores conocidos en la
ecuación 20.14:
W
nRT ln a V i
V f
b
11.0 mol2 18.31 J>mol # K2 1273 K2 ln a 3.0 L
10.0 L b
2.7 10 3 J
B) ¿Cuánta transferencia de energía por calor se presenta entre el gas y sus alrededores en este proceso?
SOLUCIÓN
Encuentre el calor a partir de la primera ley:
¢E int Q W
0 Q W
Q W 2.7 10 3 J
C) Si el gas regresa al volumen original mediante un proceso isobárico, ¿cuánto trabajo se consume en el gas?
SOLUCIÓN
Use la ecuación 20.12. La presión no
se proporciona, así que incorpore la
ley de gas ideal:
W P1V f V i 2
1.6 10 3 J
nRT i
V i
1V f V i 2
11.0 mol2 18.31 J>mol # K2 1273 K2
10.0 10 3 m 3 13.0 10 3 m 3 10.0 10 3 m 3 2
La temperatura y volumen iniciales se usaron para calcular el trabajo comsumido porque la temperatura final es desconocida.
El trabajo gastado en el gas es positivo porque el gas se comprimió.
EJEMPLO 20.6
Agua hirviendo
Suponga que 1.00 g de agua se vaporiza isobáricamente a presión atmosférica (1.013 10 5 Pa). Su volumen en el estado
líquido es V i V líquido 1.00 cm 3 , y su volumen en el estado de vapor es V f V vapor 1 671 cm 3 . Encuentre el trabajo invertido
en la expansión y el cambio en energía interna del sistema. Ignore cualquier mezcla del vapor y el aire circundante;
imagine que el vapor simplemente empuja al aire circundante fuera del camino.
SOLUCIÓN
Conceptualizar Note que la temperatura del sistema no cambia. Hay un cambio de fase que ocurre a medida que el agua
líquida se convierte en vapor.
Categorizar Ya que la expansión tiene lugar a presión constante, el proceso se clasifica como isobárico. Las ecuaciones
desarrolladas en las secciones precedentes se usarán, de modo que este ejemplo se categoriza como un problema de sustitución.
Use la ecuación 20.12 para encontrar el trabajo invertido
en el sistema a medida que el aire se empuja afuera
del camino:
W P1V f V i 2
11.013 10 5 Pa2 11 671 10 6 m 3 1.00 10 6 m 3 2
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