TERMODINÁMICA PROBLEMAS RESUELTOS TIPO EXAMEN DE INGRESO A LA UNIVERSIDAD

 

Constantes y equivalencias usadas en este capítulo:
R = 8,31 J/mol K   ;   1 atm = 105 Pa   ;   1 cal = 4,2 J

1. Un tanque cilíndrico de acero, lleno de helio, tiene un pistón que puede moverse libremente. Cuando se altera la temperatura del gas el volumen varía, manteniendo la presión a 1 atm, se tomaron lecturas de varios valores del volumen del gas para diferentes temperaturas, los resultados se muestran en la gráfica, a partir de estos datos experimentales, estime el número de moles de helio en el cilindro.      
   A) 0,1         B) 0,2  C) 0,3
  D) 0,4    E) 0,5

RESOLUCIÓN
Del gráfico, pendiente de la recta:

PV = m R T

m = 0,2  mol
RPTA.: B

2. Se calienta un gas monoatómico de modo que se dilata a presión constante. ¿Qué porcentaje del calor suministrado al gas pasa a incrementar su energía interna?

A) 10 % B) 20 % C) 30 %
D) 40 % E) 60 %

RESOLUCIÓN

RPTA.: E

3. Se tiene 4 moles de gas helio contenidos  en  un   cilindro   de acero inoxidable a una temperatura de 27 ºC, el sistema se calienta a volumen constante hasta una temperatura de 227 ºC. ¿Qué cantidad de calor ha transferido al gas para incrementar su temperatura? ( CV = 12,5 J/mol )

A) 3 5 00 J B)   5 000 J C) 7 500 J
D) 9 500 J E) 10 000 J

RESOLUCIÓN

Q = 10 000 J
RPTA.: E

4. Calcular el trabajo realizado por 1 moles de un gas ideal que se mantiene a 27,0 ºC durante una expansión de 3,0 litros a 12,0 litros.          (Ln 2 = 0,7)
A) 1 446 J B) 1 745 J C) 2 700 J
D) 3 490 J E) 5 235 J

RESOLUCIÓN

W = 3 490 J
RPTA.: D
5. Un gas monoatómico ideal con volumen inicial de  2 m3 y una presión de 500 Pa se expande isobáricamente y alcanza un volumen de  4 m3   y  una temperatura de  120 K. Luego se enfría a volumen constante hasta que su temperatura es de 60 K. Finalmente se expande a presión constante hasta un volumen de 8 m3. Calcule el calor total realizado por el gas en este proceso.

A) 1 000 J B) 1 500 J C) 2 000 J
D) 2 500 J E) 5 000 J

RESOLUCIÓN

         Isobárico

     Isócoro

   Isobárico


RPTA.: E

6. Un recipiente provisto de un émbolo liso, contiene un gas ideal que ocupa un volumen igual a 5 x 10–3 m3, a una presión de 100 kPa, ¿qué cantidad de trabajo realiza el gas sobre el émbolo cuando se expande isobáricamente  de 27 ºC   hasta    87 ºC?

A) 1 J B) 10 J C) 50
D) 100 J                       E) 1 000 J

RESOLUCIÓN
 Proceso Isobárico

W= 100 J
RPTA.: D

7. En un motor diesel, el aire contenido dentro del cilindro  de 810 cm3 se encuentra a 27 ºC, se comprime hasta un volumen final de  40 cm3. El sistema es adiabático y reversible, el aire se comporta como un gas ideal. Halle la temperatura final del aire.
(  = 1,5 )

A) 1 700 ºC B) 1 077 ºC C) 1 500 ºC
D) 1 550 ºC E) 1 800 ºC

RESOLUCIÓN
RPTA.: B

8. Se tiene nitrógeno en un cilindro de acero y se le proporciona 560 J de calor, el nitrógeno se expande isobáricamente. Halle el trabajo realizado por el gas.

A) 100 J B) 140 J C) 160 C
D) 180 J E) 200 J

RESOLUCIÓN
Gas Diatómico

RPTA.: C

9. En   un   reactor adiabático,   se  tiene un gramo  de agua, que ocupa un   volumen   de 1 cm3 a presión de 1 atm. Cuando esta cantidad de agua hierve, se   convierte   en 1 671 cm3 de vapor. Calcule el cambio en la energía interna de este proceso.
( LV  = 2,3 x 106 J/kg )

A)    169 J B) 2 090 J C) 2 133 J
D) 2 259 J E) 4 280 J

RESOLUCIÓN
Calor necesario para vaporizar

RPTA.: C

10. En  un   recipiente cilíndrico se tiene 2 kg de oxígeno a una presión de 100 kPa y a una temperatura de 300 K. El gas es calentado manteniendo su volumen constante hasta que su presión se duplica, luego se expande isobáricamente hasta duplicar su volumen. Calcule el calor absorbido por el gas. isobáricamente duplicando su volumen.
(CV = 0,7 kJ / kg.K ; CP = 1 kJ/kg. K)

A)    420 kJ B) 1 200 kJ
C) 1 620 kJ D) 1 840 kJ
E) 1 860 Kj

RESOLUCIÓN
 
RPTA.: C

11. Un gas ideal realiza un ciclo de Carnot. La expansión isotérmica ocurre a 250 ºC y la compresión isotérmica tiene lugar a 50 ºC. Si el gas absorbe 1200 J de calor neto un ciclo, halle el trabajo realizado durante un ciclo.

A) 369 J B) 459 J C) 489
D) 539 J E) 629 J

RESOLUCIÓN

RPTA.: B

12. Una máquina térmica ideal opera entre dos fuentes de calor, cuyas temperaturas son respectivamente 127 ºC y 27 ºC. La eficiencia de la máquina podría ser:

A) 26% B) 10% C) 42%
D) 50% E) 78%

RESOLUCIÓN

(Teórica)


RPTA.: B

13. Un congelador conserva los alimentos a  – 12 ºC en una habitación que está a 20 ºC. Calcule el mínimo trabajo para extraer 50 calorías del congelador.

A)  15 J B) 20 J C) 22 J
D) 23,7 J             E) 25,7 J

RESOLUCIÓN

 = 235,7 J

RPTA.: E

14. En la figura se muestra un recipiente y un resorte de rigidez 50 N/m que está sin deformar, unido a un pistón de 1 kg, El recipiente tiene una capacidad calorífica 5 J/ ºC y contiene 3 kg de un gas combustible cuyo poder calorífico es 50 J/kg, Si el gas explosiona y los residuos de la combustión incrementan su energía interna en 30 J y la temperatura del sistema se eleva en 10ºC, calcule la deformación del resorte. El pistón tiene una sección de 0,5 cm2. Desprecie la fricción.

A) 0,2 m
B) 0,5 m
C) 0,6 m
D) 0,8 m
E) 1,0 m


RESOLUCIÓN
Recipiente:

Gases:


100 = w + 30


70 = (50x + 1  10) x

x = 1,087 m
RPTA.: E

15. La eficiencia teórica más alta de un motor de gasolina, basado en el ciclo de Carnot, es de 25 %. Si este motor expulsa los gases a la atmósfera a una temperatura de 27 ºC, ¿cuál es la temperatura en el cilindro inmediatamente después de la combustión de la gasolina?

A) 127 ºC B) 135 º C C) 140 ºC
D) 180 ºC E) 200 ºC

RESOLUCIÓN

RPTA.: A

16 Un gas ideal se comprime lentamente a una presión constante de 2 atm, de 10 litros hasta  2 litros. En este proceso, algo de calor sale y la temperatura desciende. A continuación se agrega calor al gas, manteniendo constante el volumen, y se dejan aumentar la presión y la temperatura. Calcule el flujo de calor total hacia el gas. El proceso se muestra en la figura como el trayecto ABC. (Ln 5 = 1,6)

A) – 1 000 J      B) – 1 200 J
C) – 1 600 J D) + 1 200 J
E) + 1 600 J
RESOLUCIÓN
Proceso       ; Isobárico


En la isoterma   y en   (Isób.)

  Isócoro
   Isotérmico

RPTA.: E

17 . Una máquina de vapor tiene una caldera que opera a 227 ºC. El calor suministrado transforma el agua en vapor, el cual mueve el émbolo de los pistones. La temperatura de escape es de 57 ºC. ¿Cuál es la eficiencia térmica máxima de esta máquina de vapor?

A) 20 % B) 25 % C) 34 %
D) 66 % E) 75 %

RESOLUCIÓN
RPTA.: B

18 Un refrigerador ideal o bomba de calor ideal es equivalente a una máquina de Carnot que funciona a la inversa. Es decir, se absorbe calor QF de un depósito frío y se libera calor QC hacia el depósito caliente. Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento igual a 5. Si en cada ciclo el refrigerador absorbe 120 J de energía térmica de un depósito frío, encuentre el trabajo hecho en cada ciclo y la energía térmica liberada hacia el depósito caliente.

A) 24 J ; 144 J B) 24 J ; 96 J
C) 26 J ; 144 J D) 42 J ; 98 J
E) 24 J ; 164 J

RESOLUCIÓN





(w;  )= 24 J; 96J
RPTA.: B

19. Dos moles de argón contenidos en un cilindro provisto de un pistón, se expanden adiabáticamente desde una temperatura de 127 ºC hasta una temperatura de 27 ºC. Halle el trabajo realizado en este proceso.

A) 2 493 J B) 2 833 J C) 2 180 J
D) 2 943 J E) 2 690 J

RESOLUCIÓN
RPTA.: A

20. Se coloca 3 litros de agua a 10 ºC en bandejas para obtener cubitos de hielo y se colocan en el congelador. ¿Qué tiempo es necesario para obtener los cubitos de hielo? El refrigerador tiene un coeficiente de eficiencia de 5,5 y una potencia de 550 W, se estima que sólo el 10% de la potencia se emplea para fabricar los cubitos de hielo.
Calor específico del agua:
4,18 kJ/kg.K
Calor latente de fusión del agua:
LF= 333,5 kJ/kg

A)   6,2 min B) 12,4 min
C) 30,0 min D) 41,4 min
E) 62,0 min
RESOLUCIÓN
Potencia real = P= 550 x 10%
P= 55  w
Calor extraído para fusión hielo.

t = 3 721 s’
t = 62  min.
RPTA.: E

Categoría: TERMODINÁMICA