Biofísica 3. Termodinámica 29 Primer principio

Primer principio 29. 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?

L = p * ΔV

donde
L = trabajo = ¿??
p = presión externa (pistón + presión atmosférica)= 150 kPa
ΔV = variación de volumen = 0,03 m² * 0,3 m = 0,009 m³

Reemplazando
L = 150.000 Pa * 0,009 m³ = 1.350 J < -------- trabajo del gas a

1 Pa * m³ = 1 N/m²*m³ = 1 N*m = 1 Joule

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

L = p * ΔV

donde
L = trabajo = ¿??
p = presión externa (presión atmosférica)= 100 kPa (pistón está dentro del sistema)
ΔV = variación de volumen = 0,03 m² * 0,3 m = 0,009 m³

Reemplazando
L = 100.000 Pa * 0,009 m³ = 900 J < -------- trabajo del gas b

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

L = p * ΔV

donde
L = trabajo = ¿??
p = presión externa (pistón + presión atmosférica)= 150 kPa
ΔV = variación de volumen = 0,03 m² * (- 0,3 m) = - 0,009 m³ (el pistón desciende)

Reemplazando
L = 150.000 Pa * (- 0,009 m³ ) = -1.350 J < -------- trabajo del gas c

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.