William Moebs; Samuel J. Ling; Jeff Sanny

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$p_{2} (V_{2} - V_{1})$

Línea 1, $Δ E_{int} = 40 J;$ línea 2, $W = 50 J$ y $Δ E_{int} = 40 J;$ línea 3, $Q = 80 J$ y $Δ E_{int} = 40 J;$ y la línea 4, $Q = 0$ y $Δ E_{int} = 40 J$

3.3

Para que el proceso esté representado por la curva $p = n R T / V$ en el trazado pV para la evaluación del trabajo.

3.4

$1,26 \times 10^{3} J .$

Preguntas Conceptuales

1.

a. SE; b. ES; c. ES

3.

Parte de la energía se destina a cambiar la fase del líquido a gas.

5.

Sí, mientras el trabajo realizado sea igual al calor añadido no habrá cambio en la energía interna y, por tanto, no habrá cambio en la temperatura. Cuando el agua se congela o cuando el hielo se derrite al quitar o añadir calor, respectivamente, la temperatura permanece constante.

7.

Si se realiza más trabajo en el sistema que el calor añadido, la energía interna del sistema disminuirá realmente.

9.

El sistema debe estar en contacto con una fuente de calor que permita que el calor fluya hacia el sistema.

11.

Los procesos isotérmicos deben ser lentos para asegurarse de que, a medida que se transfiere el calor, la temperatura no cambia. Incluso para los procesos isobárico e isocórico, el sistema debe estar en equilibrio térmico con cambios lentos de las variables termodinámicas.

13.

Normalmente $C_{p}$ es mayor que $C_{V}$ porque cuando la expansión se produce a una presión constante, realiza un trabajo en el entorno. Por lo tanto, el calor puede convertirse en energía interna y en trabajo. A volumen constante, todo el calor se convierte en energía interna. En este ejemplo, el agua se contrae al calentarse, por lo que si añadimos calor a presión constante, se realiza un trabajo sobre el agua por parte del entorno y, por tanto, $C_{p}$ es menor que $C_{V}$ .

15.

No, siempre es mayor que 1.

17.

Un proceso adiabático tiene un cambio de temperatura pero no hay flujo de calor. El proceso isotérmico no tiene cambio de temperatura, pero tiene flujo de calor.

Problemas

19.

$p (V - b) = − c_{T}$ es la escala de temperatura deseada y refleja el gas ideal si está a volumen constante.

21.

$V - b p T + c T^{2} = 0$

23.

74 K

25.

0,31

27.

pVln(4)

29.

a. 160 J; b. –160 J

31.

La figura es un trazado de presión, p, en atmósferas en el eje vertical como una función de volumen, V, en litros en el eje horizontal. La escala horizontal de volumen va de 0 a 10 litros, y la escala vertical de presión va de 0 a 2 atmósferas. Se identifican cuatro segmentos, A, B, C y D. El segmento A es una línea horizontal con una flecha hacia la derecha que se extiende desde 4 L hasta 10 L a una presión constante de 2 atmósferas. El segmento B es una línea vertical con una flecha hacia abajo que se extiende de 2 atmósferas a 0,5 atmósferas a una presión constante de 10 L. El segmento C es una línea horizontal con una flecha hacia la izquierda que se extiende de 10 L a 4 L a una presión constante de 0,5 atmósferas. El segmento D es una línea vertical con una flecha hacia arriba que se extiende desde 0,5 atmósferas hasta 2 atmósferas a una constante de 4 L.

$W = 900 J$

33.

$3,53 \times 10^{4} J$

35.

a. 1:1; b. 10:1

37.

a. 600 J; b. 0; c. 500 J; d. 200 J; e. 800 J; f. 500 J

39.

580 J

41.

a. 600 J; b. 600 J; c. 800 J

43.

a. 0; b. 160 J; c. –160 J

45.

a. 20 J; b. 90 J

47.

No se realiza ningún trabajo y alcanzan la misma temperatura común.

49.

54,500 J

51.

a. $(p_{1} + 3 V_{1}^{2}) (V_{2} - V_{1}) - 3 V_{1} (V_{2}^{2} - V_{1}^{2}) + (V_{2}^{3} - V_{1}^{3})$ ; b. $\frac{3}{2} (p_{2} V_{2} - p_{1} V_{1})$ ; c. la suma de las partes (a) y (b); d. $T_{1} = \frac{p_{1} V_{1}}{n R}$ y $T_{2} = \frac{p_{2} V_{2}}{n R}$

53.

a.

La figura es un trazado de presión, p, en megapascales en el eje vertical como una función de volumen, V, en litros en el eje horizontal. La escala horizontal de volumen va de 0 a 6. La escala de presión vertical va de 0 a 3. Se muestran dos puntos, A a 2 litros, 3 megapascales, y B a 6 litros, y una presión sin etiquetar, que están conectados por una curva. La curva es monótonamente decreciente y cóncava.

;
b. $W = 4,39 kJ, Δ E_{int} = -4,39 kJ$

55.

a. 1.660 J; b. –2.730 J; c. No depende del proceso.

57.

a. 700 J; b. 500 J

59.

a. –3 400 J; b. 3.400 J entran en el gas

61.

100 J

63.

a. 370 J; b. 100 J; c. 500 J

65.

850 J

67.

la presión se redujo en 0,31 veces la presión original

69.

$γ = 0,713$

71.

84 K

73.

Una expansión adiabática tiene menos trabajo realizado y ningún flujo de calor, por lo que la energía interna es menor en comparación con una expansión isotérmica que tiene tanto flujo de calor como trabajo realizado. La temperatura disminuye durante la expansión adiabática.

75.

La isoterma tiene una mayor presión final y no depende del tipo de gas.

77.

La figura es un trazado de presión, p, en atmósferas en el eje vertical como una función de volumen, V, en litros en el eje horizontal. El eje horizontal, V, va de 1,0 a 2,0. El eje vertical, p, va de 0 a 40 aproximadamente. Se muestran dos isotermas. Una de las isotermas es para T igual a 500 K, con una presión que comienza en unas 40 atmósferas cuando el volumen es de 1,0 litro y que disminuye con el volumen hasta unas 25 atmósferas a 2,0 litros. La segunda isoterma es para T igual a 300 K, con una presión que comienza en unas 25 atmósferas cuando el volumen es de 1,0 litro y que disminuye con el volumen hasta poco más de 10 atmósferas a 2,0 litros. Un tercer gráfico, identificado como “adiabático” comienza con la isoterma de 500 K, a 1,0 L y unas 40 atmósferas, y termina con la isoterma de 300 K, a 2,0 L y algo más de 10 atmósferas.

Problemas Adicionales

79.

a. $W_{A B} = 0, W_{B C} = 2.026 J, W_{A D} = 810,4 J, W_{D C} = 0;$ b. $Δ E_{A B} = 3.600 J, Δ E_{B C} = 374 J;$ c. $Δ E_{A C} = 3.974 J;$ d. $Q_{A D C} = 4.784 J;$ e. No, porque el calor fue añadido para ambas partes AD y DC. No hay suficiente información para saber cuánto es de cada segmento de la trayectoria.

81.

300 J

83.

a. 59,5 J; b. 170 N

85.

$2,4 \times 10^{3} J$

87.

a. 15.000 J; b. 10.000 J; c. 25.000 J

89.

78 J

91.

Un cilindro que contiene tres moles de gas nitrógeno se calienta a una presión constante de 2 atm. a. –1.220 J; b. +1.220 J

93.

a. 7,6 L, 61,6 K; b. 81,3 K; c $3,63 L \cdot atm = 367 J$ ; d. –367 J

Problemas De Desafío

95.

a. 1.700 J; n. 1.200 J; c. 2.400 J

97.

a. 2,2 mol; b $V_{A} = 2,6 \times 10^{−2} m^{3}$ , $V_{B} = 7,4 \times 10^{−2} m^{3}$ ; c. $T_{A} = 1.220 K, T_{B} = 430 K$ ; d. 30,500 J

Capítulo 3

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