Ejercicios Resueltos de Termodinámica

Responde las siguientes cuestiones:

1. Hemos estudiado que la energía cinética de un cuerpo en movimiento está relacionada con su velocidad. ¿Forma parte esta energía cinética de la energía térmica del objeto en movimiento?
2. ¿Por qué las partículas de un sólido sólo pueden presentar movimiento de vibración?

El gas helio He se licua a la temperatura de 4.15 K cuando la presión es de 23 atm.  Calcula su temperatura de licuefacción en la escala centígrada y Fahrenheit

Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºC, ¿a cuántos grados Farenheit corresponde dicho incremento?¿Y si el incremento de temperatura fuese de 24 K?

Si observamos un incremento de temperatura en un termómetro de 24 ºF, ¿a cuántos grados kelvin corresponde dicho incremento?¿y a cuántos centígrados?

Una barra de plomo mide 2 m a una temperatura de 30 ºC. Suponiendo el coeficiente de dilatación lineal constante en el rango de temperaturas considerada, determina

• A qué temperatura la barra medirá 1 mm más
• A qué temperatura la barra medirá 1.99 m

Dato: Coeficiente de dilatación linea del plomo en el rango de temperaturas considerado: λ = 3·10^-5 K^-1

Determina el volumen inicial que tenía una determinada cantidad de glicerina si, tras aumentar la temperatura 30 ºC, su volumen ha pasado a ser 2 m³.

Dato: Coeficiente de dilatación de la glicerina en el rango de temperaturas considerado  α = 5.2·10^-4 ºC^-1

El volumen de una determinada cantidad de nitrógeno a 0 ºC es de 10 L. Determina, si la presión no varía, cual será el volumen a -20 ºC. ¿Qué ocurriría si en lugar de N₂ el gas fuese hidrógeno?

Disponemos de un cubo de un material a 24 ºC que ocupa un volumen de 1 m³ . Cuando aumentamos la temperatura a 55 ºC, el volumen del cubo pasa a 1.002232 m³ . Responde a las siguientes preguntas:

• ¿Cual es el coeficiente de dilatación cúbica del material?
• Imagina que, a 24 ºC, cortas varias barras de 1 m de longitud (valor de la arista del cubo). ¿Qué longitud pasarían a tener cuando se eleva la temperatura a 55 ºC? 

Determina qué cantidad de agua a 10º C hay que añadir a 120 g de agua a 50 ºC para que la temperatura final sea de 20 ºC.

Dato: Calor específico del agua c = 4180 J/kg·k

Determina la capacidad calorífica de un cuerpo sabiendo que cuando desprende 5 KJ de calor, su temperatura disminuye 1.85 K. Sabiendo que el cuerpo tiene una masa de 3 kg, determina, además, la capacidad calorífica de la sustancia que lo compone.

Determina el calor suministrado a una barra de 320 g de hierro que aumenta su temperatura de 45 ºC a 84 ºC. Expresa el resultado en calorías.

Dato: Calor específico del hierro c = 449 J/kg·K

Determina la energía térmica necesaria para transformar 40 g de hielo a -10 ºC y a presión atmosférica en vapor de agua a una temperatura de 100 ºC.

Datos: L_{fusión_hielo} = 80 cal/g ; L_{vap_agua} = 540 cal/g ; c_hielo = 2.114 J/g·ºC ; c_agua = 4.181 J/g·ºC ;

Una bala de 35 g viaja horizontalmente a una velocidad de 190 m/s cuando choca contra una pared. Suponiendo que la bala es de plomo, con calor específico c = 129 J/kg·K, y que toda la energía cinética de la bala se transforma en energía térmica en el choque, ¿cuánto se calienta?¿Y si sólo se convirtiera el 60 % de la energía cinética en térmica?

Establece, de acuerdo a los dos criterios de signos estudiados, el signo para el calor y el trabajo en los siguientes sitemas termodinámicos:

1. Una lámina de metal a 80 ºC  se introduce en un recipiente con agua a -10 º (el sistema es la lámina de metal)
2. Una cinta elástica es estirada bruscamente
3. Utilizamos el gas de una botella a presión para inflar un neumático con paredes aislantes (el sistema es el gas)

Determina la variación de volumen que experimentan 40 g de oxígeno O₂ a presión de 1 atm cuando su temperatura pasa de 25 ºC a 50 ºC.

Determina la variación de energía interna que experimentan 10 g de gas cuya temperatura pasa de 34 ºC a 60 ºC en un proceso a volumen constante sabiendo que su calor específico viene dado por c_v = 0.155 cal/g·ºC.

Un sistema realiza un proceso isocórico en el que ∆U = 3kJ. ¿Ha absorbido calor el sistema o lo ha cedido?¿Cuánto?

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.

¿Qué calor se intercambia en un proceso cuando se realiza un trabajo de 850 J, sabiendo que la diferencia de energía interna entre sus estados inicial y final es de 3 kJ? Suponiendo que el trabajo lo realiza un gas a una presión de 2 atm, ¿qué variación de volumen tiene lugar en el proceso?

Determina la variación de energía interna que experimenta un gas que inicialmente cuenta con un volumen de 10 L a 1 atm de presión, cuya temperatura pasa de 34 ºC a 60 ºC en un proceso a volumen constante, sabiendo que su calor específico viene dado por c_v = 2.5·R, con R = 8.31 J/mol·K.

Un gas a presión constante de 3 bar recibe un calor de 450 cal aumentando su volumen en 5 L. ¿Qué variación de energía interna experimenta el sistema?¿Y cuando disminuye su volumen en 2 L?

Se sitúan 15 L de gas ideal en un recipiente a 27 ºC. El recipiente cuenta con un pistón móvil libre de rozamiento. La presión en el exterior se mantiene constante a 750 mmHg. Determina, si se eleva la temperatura a 190 ºC:

1. El trabajo realizado en el proceso
2. La variación de energía interna que tiene lugar
3. El calor transferido durante el mismo
4. Representa el proceso en un diagrama presión - volumen ( p - V )

Datos : c_v = 5·R/2 ; R = 8.31 J/ mol·K 

Una máquina hace un trabajo de 25 J en cada ciclo, absorviendo 85 cal. ¿Cuál es el rendimiento de la máquina y el calor liberado en cada ciclo?