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En el caso de sólidos y líquidos calentados a presión constante, se consume muy poco
trabajo porque la expansión térmica es pequeña. En consecuencia, C P y C V son aproximadamente
iguales para sólidos y líquidos.
Pregunta rápida 21.2 i) ¿De qué modo cambia la energía interna de un gas mientras
sigue la trayectoria i f en la figura 21.4? a) E int aumenta. b) E int disminuye. c) E int permanece
igual. d) No hay suficiente información para determinar cómo cambia E int . ii) Entre
las mismas opciones, ¿cómo cambia la energía interna de un gas ideal a medida que sigue
la trayectoria f f a lo largo de la isoterma marcada T T en la figura 21.4?
Sección 21.3 Procesos adiabáticos para un gas ideal 595
EJEMPLO 21.2
Calentamiento de un cilindro de helio
Un cilindro contiene 3.00 moles de gas helio a una temperatura de 300 K.
A) Si el gas se calienta a volumen constante, ¿cuánta energía por calor se debe transferir al gas para que su temperatura
aumente a 500 K?
SOLUCIÓN
Conceptualizar Proyecte el proceso en su mente con la ayuda del arreglo pistón–cilindro de la figura 19.12.
Categorizar Ya que el gas mantiene un volumen constante, el pistón en la figura 19.12 se asegura en su lugar. Los parámetros
se evalúan con las ecuaciones desarrolladas en la explicación precedente, así que este ejemplo es un problema de
sustitución.
Aplique la ecuación 21.8 para encontrar la transferencia de energía: Q 1 nC V ¢T
Sustituya los valores conocidos:
Q 1 13.00 mol2 112.5 J>mol # K2 1500 K 300 K2
7.50 10 3 J
B) ¿Cuánta energía se debe transferir al gas por calor a presión constante para elevar la temperatura a 500 K?
SOLUCIÓN
Categorizar Ya que el gas mantiene una presión constante, el pistón en la figura 19.12 tiene libertad de moverse, así que
el pistón se modela como una partícula en equilibrio.
Use la ecuación 21.9 para encontrar la transferencia de energía: Q 2 nC P ¢T
Sustituya los valores conocidos:
Q 2 13.00 mol2 120.8 J>mol # K2 1500 K 300 K2
12.5 10 3 J
Este valor es mayor que Q 1 debido a la transferencia de energía hacia afuera del gas, por trabajo en el proceso de presión
constante.
21.3 Procesos adiabáticos para un gas ideal
Como se notó en la sección 20.6, un proceso adiabático es aquel en el que no se transfiere
energía por calor entre un sistema y sus alrededores. Por ejemplo, si un gas se comprime (o
expande) rápidamente, muy poca energía se transfiere afuera (o adentro) del sistema por
calor, así que el proceso es casi adiabático. Tales procesos se presentan en el ciclo de
un motor a gasolina, que se explica con detalle en el capítulo 22. Otro ejemplo de un
proceso adiabático es la lenta expansión de un gas que está térmicamente aislado de sus
alrededores. Las tres variables en la ley de gas ideal (P, V y T) cambian durante un proceso
adiabático.