Biofísica 3 Termodinámica (20) 31. Primer principio

31) Un volumen de 200 litros de agua a 15 C, contenido en un recipiente adiabático rígido se calienta por medio de una resistencia eléctrica, conectada a una batería, que entrega 2500 calorías al agua. Calcule el calor intercambiado, el trabajo y la variación de la energía interna, considerando como sistema:

Nota: suponga que en la batería no se producen pérdidas de energía, que las capacidades caloríficas del recipiente y de la resistencia son despreciables y que el trabajo de volumen debido a la dilatación del agua es insignificante. Explique en qué pasos de su desarrollo necesita hacer estas suposiciones para poder dar, con los datos dados, una respuesta numérica.

 

a) el agua

ΔUa = Qa – La (Primer principio)

 

donde

ΔUa = variación de la energía interna

Qa = calor absorbido (calor intercambiado) = 2500 cal

La = trabajo = 0 (recipiente rígido = no hay variación de volumen)

 

Reemplazando

ΔUa = 2500 cal – 0 = 2500 cal

 

b) el agua y la resistencia

 ΔUb = Qb – Lb (Primer principio)

 

donde

ΔUb = variación de la energía interna

Qb = calor absorbido (recipiente adiabático) = 0 cal

Lb = trabajo (entregado por la batería) = -2500 cal

 

Reemplazando

ΔUb = 0 – (- 2500 cal) = 2500 cal

 

c) el agua, la resistencia y la fuente.

ΔUc = Qc – Lc (Primer principio)

 

donde

ΔUc = variación de la energía interna

Qc = calor absorbido (recipiente adiabático) = 0 cal 

Lc = trabajo (la batería está dentro del sistema) = 0 cal

 

Reemplazando

ΔUc = 0 – 0 = 0 cal