Enunciado

dificultad

Determina la variación de energía interna que sufre un gas cuando su volumen aumenta en 5 L sabiendo que se trata de un proceso isobárico (a presión constante) a 2.5 bar sabiendo que para ello se le suministró un calor de 550 cal.


Solución

Datos

  • Presión: p = 2.5 bar = 2.5·105 Pa (presión constante)
  • Variación de volumen: ∆V = 5 L = 5 dm3 = 5·10-3 m3
  • Calor suministrado Q = 550 cal = 550·4.184 = 2301.2 J

Consideraciones previas

  • Utilizaremos el criterio de la IUPAC para el signo del trabajo, según el cual, es positivo cuando lo recibe el sistema al aumentar su energía interna. La expresión de la primera ley de la termodinámica nos queda: ∆U = Q + W

Resolución

El trabajo realizado en el proceso a presión constante se puede calcular como:

Wsistema=-p·V=-2.5·105·5·10-3=-12.5·102 J 

Donde el signo menos del trabajo indica que es realizado por el sistema sobre el entorno, de acuerdo a lo que supone una expansión de volumen y al criterio de signos utilizado.

Para determinar la variación de energía interna simplemente aplicamos el primer principio de la termodinámica:

U=Q+W=2301.2+-12.5·102=1051.2 J 

Observa como la transferencia de calor en un proceso en el que la presión permanece constante, se traduce en un aumento del volumen del gas y, en consecuencia, un trabajo realizado por el sistema contra el entorno.

No hemos encontrado ninguna fórmula destacable en este ejercicio.