Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Física Solución al III Parcial - I 2011 Física General III II 2011

Prof. Natalia Murillo Quirós
Desarrollo

1. Un globo con un volumen de 750, 00 m3 se va a llenar con hidrógeno a presión atmosférica 1, 013 × 105 Pa .

a ) Si el hidrógeno se guarda en cilindros de 1, 90 m3 a una presión manométrica de 1, 200 × 106 Pa, ¾cuántos cilindros se necesitarían? Suponga que la temperatura del hidrógeno se mantiene constante. b ) ¾Qué peso total (además del peso del gas) puede sostener el globo si el gas y el aire que lo circundan están a 15, 0 °C ?. La masa molar del hidrógeno (H2 )es de 2, 02 g/mol. La densidad del aire a 15, 0 °C y presión atmosférica es de 1, 23 kg/m3 .
Solución.

a ) El …ver más…

Un cubo de hielo de 0, 045 kg a una temperatura inicial de −15, 00 °C se coloca en un vaso que contiene 0, 500 kg de agua a 45, 00 °C en un recipiente aislado. La temperatura de equilibrio es 34, 08 °C. Determine:

a ) El cambio en la entropía de cada componente de la mezcla, una vez que se haya alcanzado el equilibrio termodinámico nal. b ) El cambio en la entropía del sistema. c ) Explique, cuantitativamente, si el proceso es reversible o irreversible.
Solución.

a ) Es necesario tener todas las temperaturas en la escala absoluta, por lo cual
Th = −15 °C = 258 K Tf = 0 °C = 273 K Ta = 45 °C = 318 K Teq = 34, 08 °C = 307, 08 K

4

Para el agua se tiene un proceso de enfriamiento, de modo que la temperatura no es constante en este proceso: f ∆Sa = i dQ = T
Ta

Teq

ma ca dT = ma ca ln T

Teq Ta

J K Para el hielo hay que considerar el calentamiento inicial del hielo hasta 273 K, luego el cambio de fase (de sólido a líquido) y nalmente el calentamiento del agua: ∆Sa = −73, 20 f ∆Sh = i dQ = T
Th

Tf

mh ch dT + T

cambio fase

dQ + T
Tf

Teq

mh ca dT T

∆Sh = mh ch ln

Tf Th

+

mh Lf + mh ch ln Tf J K

Teq Tf

∆Sh = 89, 00

b ) El cambio en la entropía del sistema es
∆ST = ∆Sa + ∆Sh = 15, 8 J K

4. Una máquina térmica contiene dos moles de un gas ideal diatómico y realiza un ciclo termodinámico compuesto por los siguientes procesos: i. ii. iii. Una expansión