Biofísica 3. Termodinámica 31 Primer principio

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 2.500 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

Primer principio de la termodinámica:
ΔU = Q - L

donde

ΔU = variación de la energía interna

Q = calor absorbido = 2.500 cal  < -------- calor intercambiado

L = trabajo (recipiente rígido = no hay variación de volumen) = 0 < ---------- trabajo

Reemplazando

ΔU = 2.500 cal – 0 = 2.500 cal < --------- variación de la energía interna

b. el agua y la resistencia

Primer principio de la termodinámica:
ΔU = Q - L

donde

ΔU = variación de la energía interna

Q = calor absorbido (recipiente adiabático = no hay intercambio de calor con el exterior) = 0 cal  < -------- calor intercambiado

L = trabajo (entregado por la batería) = -2.500 cal < ---------- trabajo

Reemplazando

ΔU = 0 – (-2.500 cal) = 2.500 cal < --------- variación de la energía interna

c. el agua, la resistencia y la fuente.

Primer principio de la termodinámica:
ΔU = Q - L

donde

ΔU = variación de la energía interna

Q = calor absorbido (recipiente adiabático) = 0 cal  < -------- calor intercambiado

L = trabajo (la batería está dentro del sistema) = 0 cal < ---------- trabajo

Reemplazando

ΔU = 0 – 0 = 0 cal < --------- variación de la energía interna