Segunda Ley Y EntropíA

ESCUELA suPERroR PolrrÉcNrca DEL LITORAL
INSTITUTO DE CIENCIAS FISICAS FISICA B
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Y ENTROPIA

l. Un gas ideal se somete a un ciclo de Camot. La expansión térmica ocuffe a 250 oC, y la compresión
isotérmica tiene lugar a 50 oC. Suponiendo que el gas absorbe 1200 J de energía del depósito caliente
durante la expansión isotérmica, encuentre a) la energía expelida al depósito frío en cada ciclo, y b) el
trabajo neto realizado por el gas en cada ciclo.
Resp. : a) 741J; b) 459 J

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2. ¿Cuál es el coeficiente de rendimiento de un refrigerador que opera con una eficiencia de Carnot entre las
temperaturas -3.00'C y +27 "C?
Resp. :9.00

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3 . Un refrigerador ideal o bomba de calor ideal es equivalente a un a máquina de Carnot que funcion a a la
inversa. Es decir, se absorbe energía, de un depósito frío y se libera energía hacia el depósito caliente. a)
Demuestre que el trabajo que debe suniinistrarse para operar el refrigerador o la bomba es

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4. Calcule en cambio de entropía de 250 g de agua que se calienta lentamente cle 2O¡ "C a 8O¡.C.
Resp. : 195 J/K

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café a60 "C. Suponga que los óalores específicos de la crema y el café son ambos de 4.20 Jlg"C'
Resp.: 1.18 JiK

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6. Suponga que 1.00 kg de agua a 10.0 'C se mezcla con 1.00 kg de agua a 30.0 'C a presión constante.
Cuando la mezcla ha alcanzado el equilibrio,
a) ¿Cuál es la temperatura final?
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b) Considere Cp 4.T9 Hkg K para el agr/a, y muestre que la entropía del sistema aumenta en
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c) Compruebe numéricamente que d) ¿El mezclado es un proceso irreversible?
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somete el oxígeno a los siguientes procesos:
1. Secalienta a presión constante hasta 500 K
2. Seenfría a volumen constante hasta 250 K
3. Seenfría a presión constante hasta 150 K
4. Secalienta a volumen constante hasta 300 K
a) Represente estos procesos en un diagrama P-V, dando los valores de P y V al final de cada uno. b)
Hállese el trabajo neto realizado por el gas. c) Calcúlese el calor neto que fluye hacia el oxígeno. d) ¿Cuál
es el rendimiento de este dispositivo como motor térmico?
Resp: 202 J, 202 J, 9.2 %

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8. 2. ¿Cuál es el rendimiento térmico de un motor que funciona con un gas monoatómico perfecto,
según el
siguiente ciclo? Resp: l8.lg %
1. Comienza con n moles a p6, V¡, T6 p
2. Cambia a2Ps, V6 a volumen constante
3. Cambia a 2P s, 2Y s apresión constante
4. Cambia a P6, 2V6 a volumen constante
5. Cambia a P¡, Vs a presión constante
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9. 3. En el siguiente ciclo de un gas monoatómico. Calcular la
eficiencia del ciclo si se conoce la relaciónYbNa:2.5
Resp: 27.4 %

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10. La figura representa n moles de un gas ideal monoatómico que sigue
un ciclo compuesto de dos procesos isotérmicos a temperaturas 3Ti y
Ti, y dos procesos a volumen constante. En función de n, R y Ti,
determine parc cada ciclo, a) la energía neta transferida mediante calor
al gas, y b) la eficiencia de una máquina que opera en este ciclo.
Resp: a) 2nRT/n2; b) 0.273

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I I. Un motor de gasolina recibe 8000 J de calor y produce 2000 J de trabajo por ciclo. El calor proviene de
quemar gasolina con Lc :4.60*104 J/9.
a) Calcule la eficiencia térmica
b) ¿Cuánto calor se desecha en cadabiclo?
c) ¿Qué masa de gasolina se quema en cada ciclo?
d) Si el motor opera a 80.0 ciclos/s, 4etermine su potencia de salida en watts y en hp
Resp: 25%, 6000 J, 0.174 g, 1.6*ld W, 2I4hp

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12.un mol de un gas monoatómico ideal se somete al ciclo que se
.muestra en la figura. En el punto A, la presión, el volumen y la
temperatura son Pi, vi y Ti, respectivamente. En función de R
y Ti encuentre:
a) la energía total que entra al sistema por calor por ciclo,
b) la energíatotal que sale del sistema por calor por ciclo,
c) la eficiencia de una máquina que opera en esté ciclo, y
d) la eficiencia de una máquina que opera en un ciclo de carnot
entre las mismas temperafuras externas.
Resp: @ LA.SRTi; b) 8.ShRT|; c) 0.190 ; ú 0.833

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13. Un motor de Carnot, cuyo foco frío estiá a 280 K tiene un rendimiento del 40 yo,y se desea elevar este al
50 %.
a) ¿Cuántos grados ha de elevarse la temperatura del foco caliente, si la temperatura del foco frío
permanece constante?
b) ¿Curántos grados ha de disminuirse la temperatura del foco frío si permanece constante la del foco
caliente?
Resp: 93 K, 46 K

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14. Calcule el aumento en la entropía del Universo cuando usted añade 20.0 g de crema a 5.00'C a 200 g de
café a60'C. Suponga que los calores específicos de la crema y el café son ambos de 4.20 J/g'C'
Resp: l.18 J/K

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15. Un mol de gas H2 est¡i contenido en el lado izquierdo del recipiente mostrado en la figura, el cual tiene
volúmenes iguales a la izquierda y a la derecha. En el lado derecho se ha hecho vacío. Cirando la válvula
se abre el gas fluye hacia el lado derecho. ¿Cuál es el cambio de entropía final del gas? ¿Cambia la
temperatura del gas?
Resp: 5.76 J/K; T es constante si el gas es ideal

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16. Supóngase que la entropía del agua es cero cuando se encuentra en fase líquida a 0 oC y ala presión
atmosferica.
oC 100
a) ¿Curínto calor ha de suministrarse a 1 kg de agua prira elevar su temperatura de 0 a "C?
b) ¿Cuál es la entropía de 1 kg de agsa a 100 'C?
oC con un 1 kg a 100
c) Se mezcla I kg de agua a 0 "C, ¿cuál será la temperatura final?
d) Hállense las entropías del agua caliente y de la fría antes de la mezclq así como la del sistema después
de efectuada aquella.
Resp: Id cal, 312 cal/K, 50 "C, 312 cal/K antes, 165 cal/K después

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17. Dos moles de un gas ideal sufren una expansión isotérmica reversible de 0.020 m3 a 0.045 m3 a una
temperatura de 300 K. Calcule el cambio de entropía del gas.
Resp: 13.5 J/K

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