Problemas variados de calorimetría y termodinámica

1) Un aparato de refrigeración eléctrico extrae, por cada ciclo, 620J de calor de una habitación que se encuentra a 20°C y entrega calor al exterior que está a 36°C. ¿Cuál es el valor mínimo de energía eléctrica por ciclo, que emplea el aparato?

a) 295 J

b) 220 J

c) 142 J

d) 100 J

e) 34 J

f) 8,13 J

 
2) Un sistema evoluciona en cuatro etapas. Primero aumenta su presión isocóricamente, luego disminuye su volumen isobáricamente, después disminuye su presión isocóricamente y por último aumenta su volumen isobáricamente. Al cabo de las cuatro etapas regresa al estado inicial. Se puede afirmar que para ese ciclo el sistema:

a) entrega calor y recibe trabajo
b) entrega calor y entrega trabajo
c) no realiza trabajo y recibe calor
d) no realiza trabajo y entrega calor
e) recibe calor y recibe trabajo
f) recibe calor y entrega trabajo

3) En un recipiente que contiene 2 litros de agua a 20ºC se introducen 5 kg de un sólido que se encuentra a 160ºC. Una vez alcanzado el equilibrio térmico se alcanzó una temperatura de 50ºC. El intercambio de calor ocurrió sólo entre ambas sustancias (calor específico del agua = 1 kcal / kg ºC)

a) ¿Cuántas kilocalorías ganó el agua y cuántas perdió el sólido?
b) El calor específico del sólido, ¿es mayor, menor o igual al del agua? Explique por qué.

4) Una máquina térmica recibe, por cada ciclo, 100 J de calor de una fuente a 500 K y entrega un trabajo L, liberando al ambiente (T = 300 K) un calor Q.

a) ¿Cuáles deben ser los valores de L y Q para que la máquina térmica tenga un rendimiento igual a la mitad del rendimiento ideal?
b) ¿Cuál es, en este caso, la variación de entropía del universo en cada ciclo?

5) Se enfrían 200 g de un material completamente fundido que se encuentra a 450ºC. La evolución de la temperatura del material en función del calor entregado se muestra en la figura. Entonces:

a) Su calor latente de fusión es igual a 25 cal/g
b) Su calor latente de fusión es igual a 20 cal/g
c) Su calor latente de fusión es igual a 4 cal/g
d) Su calor específico es igual a 0,05 cal/gºC
e) Su calor específico es igual a 0,0625 cal/gºC
f) Su calor específico es igual a 0,09 cal/gºC

6) En un recipiente adiabático, se introducen hielo y una piedra caliente. El gráfico representa la evolución del sistema hasta que se alcanza el equilibrio. Indicar cuál es la opción correcta.

a) Delta Spiedra + Delta Sagua > 0
b) Delta Spiedra > 0 y Delta Suniv > 0
c) |Qagua| < |Qpiedra|
d) Delta Spiedra < 0 y  Delta Suniv = 0
e) Delta Spiedra > 0 y Delta Sagua < 0
f) |Qagua| > |Qpiedra|

7) Para la misma situación del problema anterior (prob. 6), hallar:

a) La variación de entropía del hielo-agua, la variación de entropía de la piedra y la del universo.
b) La masa del hielo. ¿Es posible hallar la masa de la piedra? ¿Qué representa la pendiente de la recta del gráfico?

8) Un mol de un gas ideal monoatómico ocupa un volumen de 8 litros y se halla a una presión de 2 atmósferas. Se lo hace evolucionar en forma reversible hasta que su volumen y su presión valen (cada una de ellas) la mitad. Durante esta evolución las variaciones de entropía y de energía interna son, respectivamente:

a) cero y cero
b) cero y 4,5 litro atm
c) negativa, negativa
d) negativa, 9 litro atm
e) positiva, 9 litro atm
f) ninguna de las anteriores


9) Una máquina térmica opera cíclicamente entre dos temperaturas Tc = 800ºK y Tf= 500ºK, y la máquina entrega 1000 J de trabajo en cada ciclo. Entonces:

a) En cada ciclo la máquina absorbe más de 1000 J de la fuente caliente.
b) El rendimiento de esta máquina necesariamente es 1 - Tf/Tc
c) En cada ciclo la máquina absorbe 500 J de la fuente caliente
d) |Qc|- |Qf| > 2000 J por cada ciclo
e) El rendimiento de la máquina puede ser del 45%.
f) |Qc|- |Qf| = 2000 J por cada ciclo

10) Una masa de gas ideal es llevada desde el estado A hasta el C, y puede volver a las condiciones de A por el camino I (CBA) o por el camino II (CDA). Si Q1 representa el calor intercambiado por el sistema cuando realiza el ciclo por el camino I (ACBA) y Q2 representa el calor intercambiado por el sistema cuando realiza el ciclo por el camino II (ACDA), y todas las evoluciones son reversibles, marque la opción correcta:

a) Q1 =  - 45 J , Q2 =  90 J
b) Q1 =  - 75 J , Q2 =  75 J
c) Q1 =  - 45 J , Q2 =  45 J
d) Q1 =   75 J,  Q2 = - 45 J
e) Q1 =   45 J , Q2 = - 45 J
f) Q1 =  175 J , Q2 = 105 J

11) Se tiene un recipiente adiabático, de paredes rígidas y volumen V. Dentro de dicho recipiente hay un tabique que separa el mismo en dos partes. En uno de los compartimientos, de volumen V/3, se encuentra un mol de gas ideal monoatómico a presión P. En el otro compartimiento, hay vacío.
Se quita el tabique en forma abrupta, expandiéndose rápidamente el gas hasta ocupar todo el recipiente.
a) Hallar la variación de la energía interna del gas entre sus estados inicial y final.
b) Hallar la presión final en términos de su presión inicial (P) y la variación de entropía del gas.

12) Cierta máquina térmica reversible en cada ciclo intercambia calor entre dos fuentes. La fuente fría se encuentra a Tf = 600ºK, mientras que la fuente caliente está a Tc = 800ºK. Llamamos Qf y Qc a los calores intercambiados en un ciclo entre la máquina y la fuente fría o la caliente, respectivamente. Son positivos los calores absorbidos por la máquina, y negativos los cedidos. Y llamamos L al trabajo realizado por la máquina en un ciclo. Diga cuál de las siguientes afirmaciones es la correcta:

a) Qf = -600 J, Qc = + 1200 J, L =  + 600 J
b) Qf = -600 J, Qc = +  800 J, L =  -  50 J
c) Qf = -150 J, Qc = +  200 J, L =  +  50 J
d) Qf = -150 J, Qc = +  400 J, L =  + 250 J
e) Qf = +150 J, Qc = -  200 J, L =  + 300 J
f) Qf = +150 J, Qc = -  150 J, L =      0 J