Download Guia 4: Segunda ley de la termodinámica

Física III
Carreras de Ingeniería – UCA
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. ENTROPÍA
1. Entropía. Dos moles de un gas ideal sufren una expansión isotérmica reversible a 300 K,
durante la cual el gas efectúa 1200 J de trabajo. Calcule el S del gas.
2. Calcule S cuando 2,00 kg de agua a 20 ºC se mezclan con 1,00 kg de agua a 70 ºC.
3. Un estudiante agrega calor a 0,200 kg de hielo a 0 ºC hasta derretirlo todo. a) Calcule S
del agua. b) La fuente de calor es un cuerpo de gran masa que está a 30 ºC. Calcule S del
cuerpo. c) Determine el cambio total en la entropía del agua y de la fuente de calor.
4. Un bloque de cobre de 1,00 kg, inicialmente a 100 ºC, se introduce en 0,500 kg de agua
que está inicialmente a 0 ºC. a) Calcule la temperatura final del sistema. b) Calcule el
cambio total en la entropía del sistema. El calor específico del cobre es 390 J/kg·K.
5. Un cubo de hielo de 0,060 kg a una temperatura inicial de –15 ºC se coloca en 0,400 kg de
agua a 60 ºC en un recipiente aislado de masa insignificante. Calcule S del sistema.
6. A fin de calentar una taza de agua (250 cm3) para hacer café, usted coloca un calefactor
eléctrico en la taza. Mientras la temperatura del agua aumenta de 20 ºC a 50 ºC, la
temperatura del elemento permanece en 120 ºC. Calcule S de: a) el agua; b) el calefactor;
c) el sistema de agua y calefactor. (Suponga que el calor específico del agua es constante e
ignore el calor que fluye a la propia taza de cerámica.) d) ¿Este proceso es reversible o
irreversible?
7. Una bolsa con 5 kg arena originalmente en reposo, se deja caer desde una altura de 6 m
hasta el piso, choca contra él y se detiene. La bolsa, el piso y la atmósfera están
inicialmente a 27 ºC. En este proceso:
a)
b)
c)
d)
¿Se conserva la energía del universo? Explique.
¿Se mantiene constante la entropía del universo? Explique.
¿Se podría hacer descender la bolsa con arena en forma reversible? ¿Cómo?
Suponiendo despreciable la deformación de la bolsa y tratando al piso y a la bolsa
como fuente térmica infinita, estime la variación de entropía del universo.
8. Un mol de gas ideal evoluciona de manera reversible desde una presión de 1,2 atm y un
volumen de 5 litros hasta una presión de 4 atm y un volumen de 1,5 litros. En esa
evolución la variación de energía interna del gas (U) y la variación de la entropía del gas
(S) son:
a) U = 0, S = 0
d) U > 0, S = 0
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b) U = 0, S > 0
e) U < 0, S > 0
c) U = 0, S < 0
f) U < 0, S > 0
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9. Analice los siguientes tres ciclos termodinámicos e indique cuál o cuáles son imposibles,
por contradecir a la segunda ley de la termodinámica. Justifique adecuadamente.
Ciclo a
Ciclo b
p
Ciclo c
p
p
isoterma
adiab.
isot.
isot.
adiab.
V

V
V