Biofísica UBA XXI Guía 3.6. Termodinámica

6. a) Calcule el trabajo de un gas que se expande desde un estado A, a un nuevo estado B. La expansión se realiza a presión constante desde un volumen inicial de 12 litros a un volumen final de 20dm³. La presión a la que está sometido es de 3 atm y su temperatura inicial en el estado A es de 305K . Exprese el resultado en joules.

W = P (VB – VA)

Donde

W = trabajo ( a presión constante)

P = presión = 3 atm = 3 atm (101.300 Pa / 1 atm) = 303.900 Pa

VB = volumen del estado B = 20 dm³  = 20 x 10^-3 m³ = 0,020 m³

VA = volumen del estado A = 12 L  = 12 dm³ = 12 x 10^-3 m³ = 0,012 m³

Reemplazando

W = 303.900 Pa (0,020 m³  - 0,012 m³ ) = 2.431,20 J

b) El gas ahora evoluciona desde el estado B hasta un nuevo estado C donde su volumen es de 15 litros, la presión es de 2,2 atm y la temperatura es 32°C.

Calcule la variación de energía interna entre el estado A y el estado C.

ΔU = n cv (TC – TA)

Donde

ΔU = variación de energía interna

n = número de moles

cv = calor especifico a volumen constante

TC = temperatura del estado C = 32 ºC + 273 = 305 K

TA = temperatura del estado A  = 305 K

Reemplazando

ΔU = n cv (TC – TA) = n cv (305 K - 305 K ) =  0 ------------ variación de la energía interna

 

c) El gas ahora vuelve a cambiar de estado de equilibrio termodinámico, partiendo del estado C y llegando nuevamente al estado A. Es decir realiza un ciclo donde su estado inicial y final son iguales (sale de A pasa por B luego pasa por C y luego vuelve a A). Si el total de calorías intercambiadas en el ciclo A→B→C→A es de 527 calorías, calcule el trabajo total realizado por el gas en el mismo ciclo, expresado en joules

ΔU = Q – W

Donde

ΔU = variación de la energía interna = 0 (ciclo)

Q = calor intercambiado = 527  cal

W = trabajo

Reemplazando y despejando W

W = Q – ΔU = 527 cal  ( 4,18 J / 1 cal) = 2.202, 86 J --------------- trabajo