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582 Capítulo 20 Primera ley de la termodinámica
22. a) Determine el trabajo consumido en un fluido que se expande
de i a f, como se indica en la figura P20.22. b) ¿Qué pasaría
si? ¿Cuánto trabajo se realiza sobre el fluido si se comprime de
f a i a lo largo de la misma trayectoria?
P (Pa)
i
6 10 6
4 10 6
2 10 6
0
Figura P20.22
23. Un gas ideal se encierra en un cilindro con un pistón móvil
encima de él. El pistón tiene una masa de 8 000 g y un área
de 5.00 cm 2 y tiene libertad de deslizarse hacia arriba y hacia
abajo, lo que mantiene constante la presión del gas. ¿Cuánto
trabajo se consume en el gas a medida que la temperatura de
0.200 moles del gas se elevan de 20.0°C a 300°C?
24. Un gas ideal se encierra en un cilindro que tiene un pistón
móvil encima de él. El pistón tiene una masa m y área A y tiene
libertad de deslizarse hacia arriba y hacia abajo, lo que mantiene
constante la presión del gas. ¿Cuánto trabajo se consumió
en el gas a medida que la temperatura de n moles del gas se
eleva de T 1 a T 2 ?
25. Un mol de un gas ideal se calienta lentamente de modo
que va del estado PV (P i , V i ) al (3P i , 3V i ), en tal forma que la
presión del gas es directamente proporcional al volumen. a)
¿Cuánto trabajo se consume en el gas en el proceso? b) ¿Cómo
se relaciona la temperatura del gas con su volumen durante
este proceso?
26. Un gas se lleva a través del proceso cíclico descrito en la figura
P20.26. a) Encuentre la energía neta transferida al sistema por
calor durante un ciclo completo. b) ¿Qué pasaría si? Si el ciclo
se invierte (esto es, el proceso sigue la trayectoria ACBA), ¿cuál
es la entrada de energía neta por cada ciclo por calor?
6
4
2
1
P (kPa)
8
A
2
3
B
C
f
4
V (m 3 )
27. Un sistema termodinámico se somete a un proceso en el que
su energía interna disminuye 500 J. Durante el mismo intervalo
de tiempo, 220 J de trabajo se consume en el sistema.
Encuentre la energía transferida hacia o desde él por calor.
28. Una muestra de un gas ideal pasa por el proceso que se muestra
en la figura P20.28. De A a B, el proceso es adiabático; de
B a C, es isobárico con 100 kJ de energía que entran al sistema
por calor. De C a D, el proceso es isotérmico; de D a A, es isobárico
con 150 kJ de energía que salen del sistema por calor.
Determine la diferencia en energía interna E int,B E int,A .
P (atm)
B
3
1
A
V (m
0.09 0.2 0.4 1.2
3 )
29. Considere el proceso cíclico que se bosqueja en la figura
P20.26. Si Q es negativo para el proceso BC y E int es negativa
para el proceso CA, ¿cuáles son los signos de Q, W y E int que
se asocian con cada proceso?
30. Un mol de un gas ideal realiza 3 000 J de trabajo sobre sus
alrededores a medida que se expande isotérmicamente hasta
una presión final de 1.00 atm y 25.0 L de volumen. Determine
a) el volumen inicial y b) la temperatura del gas.
31. Un gas ideal inicialmente a 300 K experimenta una expansión
isobárica a 2.50 kPa. Si el volumen aumenta de 1.00 m 3 a 3.00
m 3 y se transfieren 12.5 kJ al gas por calor, ¿cuáles son a) el
cambio en su energía interna y b) su temperatura final?
32. Un bloque de aluminio de 1.00 kg se calienta a presión atmosférica
de modo que su temperatura aumenta de 22.0°C a
40.0°C. Encuentre a) el trabajo consumido en el aluminio, b)
la energía agregada a él por calor y c) el cambio en su energía
interna.
33. ¿Cuánto trabajo se consume en el vapor cuando 1.00 mol de
agua a 100°C hierve y se convierte en 1.00 mol de vapor a
100°C a 1.00 atm de presión? Suponga que el vapor se comporta
como un gas ideal. Determine el cambio en energía interna
del material a medida que se vaporiza.
34. Un gas ideal inicialmente a P i , V i y T i se lleva a través de un
ciclo, como se muestra en la figura P20.34. a) Encuentre el
trabajo neto consumido en el gas por cada ciclo. b) ¿Cuál es
la energía neta agregada por calor al sistema por cada ciclo?
c) Obtenga un valor numérico para el trabajo neto consumido
por cada ciclo por 1.00 mol de gas inicialmente a 0°C.
P
C
Figura P20.28
B
C
D
6 8 10
V (m 3 )
Figura P20.26 Problemas 26 y 29.
3P i
V i 3V i
V
P i
A
D
Figura P20.34
35. Una muestra de 2.00 moles de gas helio, inicialmente a 300 K
y 0.400 atm, se comprime isotérmicamente a 1.20 atm. Si nota
que el helio se comporta como un gas ideal, encuentre a) el
volumen final del gas, b) el trabajo consumido en el gas y c) la
energía transferida por calor.
2 intermedio; 3 desafiante; razonamiento simbólico; razonamiento cualitativo