Biofísica 2 P CISALE 2019 T1 – 1 Termodinámica

1. Un mol de gas ideal monoatómico evoluciona cíclicamente en el sentido ABCA. Sabiendo que el valor absoluto del trabajo en la evolución CA vale 7000 J.

a) Determine el calor intercambiado en un ciclo completo (indicando su signo)

ΔU = Q – L (1er principio)

donde

ΔU = variación de energía interna (ciclo) = 0

Q = calor intercambiado

L = trabajo del ciclo = LAB + LBC + LCA

LAB = trabajo evolución AB ( V = constante) = 0

LBC = trabajo evolución BC ( P = constante) = P (VC – VA ) = 100 kPa * ( 60 L – 20 L) = 4.000 J

| LCA | = trabajo evolución CA = 7.000 J

Ciclo antihorario (ABCA) -------------- L < 0

Reemplazando

L(ciclo) = 0 + 4.000 J – 7.000 J = - 3.000 J  <  0  (trabajo absorbido)

Q = L = - 3.000 J < 0 ( calor cedido)

b) Calcular la variación de entropía de la evolución CA

P V = n R T  (ecuación de estado de los gases ideales)

donde

P = presión

V = volumen

n = número de moles = 1 mol

R = constante de los gases ideales = 8,31 J / K mol

Despejando T

T = P V / n R

Punto C ------------ TC = PC VC / n R = 100 kPa * 60 L / (1 mol * 8,31 J/K mol) = 722 K

Punto A ------------ TA = PA VA / n R = 300 kPa * 20 L / (1 mol * 8,31 J/K mol) = 722 K

------------- TA = TC = 722 K

ΔSCA = QCA / T

donde

ΔSCA = variación de entropía a temperatura constante

QCA = calor

T = temperatura = 722 K

ΔUCA = QCA – LCA

donde

ΔUCA = variación de energía interna (TA = TC) = 0

QCA = calor intercambiado

LCA  = trabajo = - 7.000 J

Reemplazando

QCA = LCA = - 7.000 J

Reemplazando en ΔSCA

ΔSCA = QCA / T = - 7.000 J / 722 K = - 9,70 J / K