Biofísica 3 Termodinámica (20) 29. Primer principio

Un gas en equilibrio se encuentra en un recipiente cilíndrico tapado y a una presión de 150 kPa como se muestra en la figura. La presión del aire exterior es de 100 kPa. El área transversal del cilindro es de 0,03 m².

Se transfiere calor al gas manteniendo constantes las restantes condiciones exteriores. Como resultado de ello el pistón se eleva una distancia de 0,3 m.

 

a) ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?

La = P  ΔV  (trabajo a presión constante)

donde
La = trabajo  realizado por el gas
Pa = presión externa (pistón + presión atmosférica)= 150 kPa

ΔV = variación de volumen = A h

A = área transversal del cilindro = 0,03 m²

h = altura que se eleva el pistón = 0,3 m

Reemplazando
La = Pa A h = 150000 Pa 0,03 m² 0,3 m = 1350 J

Nota:  1 Pa m³ = 1 N/m² m² m = 1 N m = 1 Joule

 

b) ¿Cuál es el trabajo realizado por el sistema constituido por el pistón y el gas?

Lb = Pb  ΔV

donde
Lb = trabajo realizado por el sistema pistón-gas
Pb = presión externa (presión atmosférica)= 100 kPa (pistón está dentro del sistema)
ΔV = variación de volumen = A h

Reemplazando
Lb = 100000 Pa 0,03 m²  0,3 m = 900 J

 

c) Si ahora el gas se enfría y el pistón desciende 0,3 m, ¿cuál es el trabajo realizado por el gas?

Lc = Pc  ΔVc

donde
Lc = trabajo del gas
Pc = presión externa (pistón + presión atmosférica)= 150 kPa
ΔVc = variación de volumen = A hc

A = área transversal del cilindro = 0,03 m² 

hc = altura que desciende  el pistón = - 0,3 m

Reemplazando
Lc = 150000 Pa  0,03 m²  (-0,3 m)  = -1350 J

 

d) ¿Bajo qué condiciones la expansión y la compresión descriptas, serían reversibles?

 Realizando la expansión ó la compresión muy lentamente, manteniendo constantes las variables en el proceso.