Problemas

Un reservorio contiene 111,0 g de cloro gaseoso $({\text{Cl}}_2),$ que está a la temperatura $\mathrm{82,0}\text{°C}$ y la presión absoluta $\mathrm{5,70}\times {10}^5\text{Pa}.$ La temperatura del aire fuera del tanque es $\mathrm{20,0}\text{°C}$. La masa molar de ${\text{Cl}}_2$ es de 70,9 g/mol. (a) ¿Cuál es el volumen del reservorio? (b) ¿Cuál es la energía interna del gas? (c) ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas si la temperatura y la presión dentro del depósito descienden a $\mathrm{31,0}\text{°C}$ y $\mathrm{3,80}\times {10}^5\text{Pa}$, respectivamente, debido a una fuga?

Un mol de un gas ideal a presión 4,00 atm y temperatura 298 K se expande isotérmicamente hasta duplicar su volumen. ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?

Un motor tiene un rendimiento de 0,40. Si realiza 200 J de trabajo por ciclo, ¿cuáles son las cantidades correspondientes de calor absorbido y descargado?

Una máquina con un rendimiento de 0,30 absorbe 500 J de calor por ciclo. (a) ¿Cuánto trabajo realiza por ciclo? (b) ¿Cuánto calor descarga por ciclo?

La temperatura del reservorio frío de la máquina es de 300 K. Tiene un rendimiento de 0,30 y absorbe 500 J de calor por ciclo. (a) ¿Cuánto trabajo realiza por ciclo? (b) ¿Cuánto calor descarga por ciclo?

Una central eléctrica de carbón consume 100.000 kg de carbón por hora y produce 500 MW de energía. Si el calor de combustión del carbón es de 30 MJ/kg, ¿cuál es el rendimiento de la central eléctrica?

Durante un ciclo, un refrigerador extrae 500 J de un reservorio frío y descarga 800 J a su reservorio caliente. (a) ¿Cuál es su coeficiente de rendimiento? (b) ¿Cuánto trabajo por ciclo necesita para funcionar?

Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento de 3,0. (a) Si requieren 200 J de trabajo por ciclo, ¿cuánto calor por ciclo desecha el reservorio frío? (b) ¿Cuánto calor por ciclo desecha el reservorio caliente?

Supongamos que un refrigerador de Carnot funciona entre $T_{\text{c}}\text{y}{T}_{\text{h}}.$ Calcule la cantidad de trabajo necesaria para extraer 1,0 J de calor del reservorio frío si (a) $T_{\text{c}}=7\text{°}\text{C}$, $T_{\text{h}}=27\text{°}\text{C}$; (b) $T_{\text{c}}=\mathrm{-73}\text{°}\text{C}$, $T_{\text{h}}=27\text{°}\text{C;}$ (c) $T_{\text{c}}=-173\text{°}\text{C}$, $T_{\text{h}}=27\text{°}\text{C}$; y (d) $T_{\text{c}}=\mathrm{-273}\text{°}\text{C}$, $T_{\text{h}}=27\text{°}\text{C}$.

Una máquina de 500 W hace funcionar un refrigerador de Carnot entre $\mathrm{-5}\text{°}\text{C}$ y $30\text{°C}$. (a) ¿Cuál es la cantidad de calor por segundo que se extrae del interior del refrigerador? (b) ¿Cuánto calor se expulsa al aire exterior por segundo?

Una bomba de calor de Carnot funciona entre $0\text{°C}$ y $20\text{°C}$. ¿Cuánto calor se escapa al interior de una casa por cada 1,0 J de trabajo que realiza la bomba?

Supongamos que una máquina de Carnot puede funcionar entre dos reservorios como máquina térmica o como refrigerador. ¿Cómo se relaciona el coeficiente de rendimiento del refrigerador con el rendimiento de la máquina térmica?

¿Cuál es el trabajo mínimo que debe realizar un refrigerador si se quiere extraer 50 J por ciclo del interior de un congelador a $\mathrm{-10}\text{°C}$ y el calor de escape al aire a $25\text{°C}$?

En una expansión isotérmica reversible a $27\text{°C}$, un gas ideal realiza 20 J de trabajo. ¿Cuál es el cambio de entropía del gas?

¿Cuál es el cambio de entropía de 10 g de vapor a $100\text{°C}$ cuando se condensa en agua a la misma temperatura?

Para el ciclo de Carnot de la Figura 4.12, ¿cuál es el cambio de entropía del reservorio caliente, del reservorio frío y del universo?

Un mol de un gas ideal duplica su volumen en una expansión isotérmica reversible. (a) ¿Cuál es el cambio de entropía del gas? (b) Si se añaden 1500 J de calor en este proceso, ¿cuál es la temperatura del gas?

(a) Una roca de 5,0 kg a una temperatura de $20\text{°C}$ se deja caer en un lago poco profundo también en $20\text{°C}$ desde una altura de $\mathrm{1,0}\times {10}^3\text{m}$. ¿Cuál es el cambio resultante en la entropía del universo? (b) Si la temperatura de la roca es $100\text{°C}$ cuando se deja caer, ¿cuál es el cambio de entropía del universo? Supongamos que la fricción del aire es despreciable (no es una buena suposición) y que $c=860\text{J/kg}·\text{K}$ es el calor específico de la roca.

Cincuenta gramos de agua a $20\text{°C}$ se calienta hasta que se convierte en vapor a $100\text{°C}$. Calcule el cambio de entropía del agua en este proceso.

En un proceso isocórico, se añade calor a 10 mol de gas ideal monoatómico cuya temperatura aumenta de 273 a 373 K. ¿Cuál es el cambio de entropía del gas?

Supongamos que la temperatura del agua del problema anterior se eleva llevándola primero al equilibrio térmico con un reservorio a una temperatura de $40\text{°C}$ y luego con un reservorio a $80\text{°C}$. Calcule los cambios de entropía de (a) cada reservorio, (b) del agua y (c) del universo.

a) Diez gramos de ${\text{H}}_2\text{O}$ comienzan como hielo a $0\text{°C}$. El hielo absorbe el calor del aire (justo por encima de $0\text{°C}$) hasta que se derrita todo. Calcule el cambio de entropía del ${\text{H}}_2\text{O}$, del aire y del universo. (b) Supongamos que el aire de la parte (a) está a $20\text{°C}$ en lugar de $0\text{°C}$ y que el hielo absorbe el calor hasta convertirse en agua a $20\text{°C}$. Calcule el cambio de entropía del ${\text{H}}_2\text{O}$, del aire y del universo. (c) ¿Es alguno de estos procesos reversible?

Una Maquina de Carnot que funciona entre reservorios de calor a 500 y 300 K absorbe 1500 J por ciclo en el reservorio de alta temperatura. (a) Represente el ciclo de la máquina en un diagrama de temperatura-entropía. (b) ¿Cuánto trabajo por ciclo realiza la máquina?

Una Maquina de Carnot tiene un rendimiento de 0,60. Cuando la temperatura de su reservorio frío cambia, la eficiencia baja a 0,55. Si inicialmente $T_{\text{c}}=27\text{°C}$, determine (a) el valor constante de $T_{\text{h}}$ y (b) el valor final de $T_{\text{c}}$.

Un refrigerador de Carnot expulsa el calor al aire, que está a una temperatura de $25\text{°}\text{C}$. ¿Cuánta energía utiliza el refrigerador si congela 1,5 g de agua por segundo? Supongamos que el agua está a $0\text{°}\text{C}$.