f_t_septima_edicion

Preguntas de repaso
20.1. El calor latente de vaporización del agua es 540 cal/
g. Sin embargo, cuando 1 g de agua se evapora por
completo a presión constante, la energía interna del
sistema se incrementa en sólo 500 cal. ¿Qué pasó
con las 40 cal restantes? ¿Se trata de un proceso isocórico?
¿Isotérmico?
20.2. Si tanto el calor como el trabajo se pueden expresar
en las mismas unidades, ¿por qué es necesario distinguir
entre ambos?
20.3. ¿Es necesario usar el concepto de energía molecular
para describir y usar la función de energía interna?
Explique su respuesta.
20.4. En un gas se produce una expansión adiabática.
¿Realiza el gas un trabajo externo? En caso afirmativo,
¿cuál es la fuente de energía?
20.5. ¿Qué pasa con la energía interna de un gas que pasa
por (a) una compresión adiabática, (b) una expansión
isotérmica y (c) un proceso de estrangulamiento?
20.6. Un gas realiza un trabajo externo durante una expansión
isotérmica. ¿Cuál es la fuente de energía?
20.7. En el texto se ofreció un solo enunciado para la segunda
ley de la termodinámica. Comente cada uno
de los enunciados siguientes y demuestre que son
equivalentes al presentado en el texto:
a. Es imposible construir un refrigerador que, trabajando
continuamente, extraiga el calor de un
cuerpo frío y lo envíe a un cuerpo caliente sin
que se realice un trabajo en el sistema.
b. La dirección natural del flujo de calor es de un cuerpo
con alta temperatura a otro con baja temperatura,
independientemente del tamaño de cada recipiente.
Problemas
Sección 20.3 La primera ley de ¡a termodinámica
20.1. En un proceso químico industrial, se proporcionan a
un sistema 600 J de calor y produce 200 J de trabajo.
¿Cuál es el incremento registrado en la energía
interna de este sistema?
Resp. 400 J
20.2. Supongamos que la energía interna de un sistema
disminuye en 300 J, al tiempo que un gas realiza
200 J de trabajo. ¿Cuál es el valor de Q1 ¿El sistema
ha ganado o ha perdido calor?
20.3. En un proceso termodinámico, la energía interna del
sistema se incrementa en 500 J. ¿Cuánto trabajo fue
realizado por el gas si en el proceso fueron absorbidos
800 J de calor?
Resp. 300 J
20.4. Un pistón realiza 300 J de trabajo sobre un gas, que
luego se expande y efectúa 220 J de trabajo sobre sus
c. Todos los procesos naturales espontáneos son
irreversibles.
d. Los acontecimientos naturales siempre avanzan
en una dirección que va del orden al desorden.
20.8. Es energéticamente posible extraer la energía térmica
contenida en el océano y usarla para impulsar un
buque de vapor a través del mar. ¿Qué objeciones
puede usted hacer a esa idea?
20.9. En un refrigerador eléctrico, el calor es transferido
del interior frío a los alrededores más calientes. ¿Por
qué no constituye esto una violación a la segunda
ley de la termodinámica?
20.10. Considere el rendimiento del trabajo externo realizado
por la expansión isotérmica de un gas ideal.
¿Por qué este proceso de convertir calor en trabajo
no viola la segunda ley de la termodinámica?
20.11. Si los procesos naturales tienden a hacer que disminuya
el orden en el universo, ¿cómo puedes explicar
la evolución de los sistemas biológicos hasta un
estado de suma organización? ¿Acaso esto infringe
la segunda ley de la termodinámica?
20.12. ¿Se puede calentar o enfriar una habitación con sólo
dejar abierta la puerta de un refrigerador eléctrico?
Explique su respuesta.
20.13. ¿Qué temperatura deberá tener el depósito frío de
una máquina de Carnot para que ésta sea 100% eficiente?
¿Puede pasar esto? Si es imposible que una
máquina de Carnot tenga una eficiencia de 100%,
¿por qué se le conoce como la máquina ideall
20.14. ¿De qué depende la eficiencia de las máquinas térmicas?
¿Por qué es, en general, tan baja?
alrededores. ¿Cuál es el cambio en la energía interna
del sistema si el intercambio neto de calor es cero?
20.5. En un laboratorio químico, un técnico aplica 340 J de
energía a un gas, al tiempo que el sistema que rodea a
dicho gas realiza 140 J de trabajo sobre el gas. ¿Cuál
es el cambio en la energía interna? Resp. 480 J
20.6. ¿Cuál es el cambio de la energía interna en el problema
20.5 si los 140 J de trabajo son realizados por
el gas, en lugar de realizarse sobre el gas?
20.7. Un sistema absorbe 200 J de calor cuando la energía
interna aumenta en 150 J. ¿Qué trabajo realiza el
gas en ese caso?
Resp. 50 J
*20.8. El calor específico del agua es 4186 J/(kg • C°).
¿Cuál es el cambio en la energía interna de 200 g de
agua cuando ésta se calienta de 20 a 30°C? Suponga
que el volumen es constante.
422 Capítulo 20 Resumen y repaso