Segundo Principio de la Termodiámica: Problemas
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PROBLEMA 6.1.–
Cuatro litros de gas ideal diatómico (cv = 5/2 R) que están una presión P = 400 KPa, se expanden de manera isotérmica reversible hasta duplicar su volumen: a → b
Luego el gas se contráe a presión constante hasta el volumen inicial: b → c
Finalmente se lo calienta a volumen constante hasta que alcanza la presión original: c → a

a) Dibujar el ciclo en el diagrama P/V.

b) Calcular el rendimiento del ciclo.

c) ¿Cuál sería el rendimiento de una máquina de térmica de Carnot que operara entre las mismas temperaturas?


R:  b)  η = (309 J/ 3109 J) = 0,0994    c) ηCarnot = 0,5     
PROBLEMA 6.2.–
Dos moles de un gas ideal diatómico (cv=5/2R) describen un ciclo termodinámicos que está compuesto por cuatro trasformaciones: a→b isobárica, b→c isocórica, c→d isobárica y d→a isocórica.
El trabajo en la trasformación c→d es Wcd = -3.600 J
Datos:
  Número de moles n = 2
  Va = 20 litros
  Vb = 40 litros
  Temperatura en el estado a: Ta = 673 K.
Calcular
a) El calor en cada una de las trasformaciones.
b) El rendimiento η del ciclo.
c) ¿Cuál seria el rendimiento de una máquina térmica de Carnot con las mismas temperaturas extremas de este ciclo?


R:  a) Qa-b = 39167,2 J    Qb-c = -37953,22 J    Qc-d = -12600 J    Qd-a = 18976,6 J   
PROBLEMA 6.3.–
Una máquina térmica trabaja entre dos fuentes cuyas temperaturas son a 100 K y 500 K.
En cada ciclo absorbe 1000 J de calor del foco caliente. Su rendimiento es del 20%.

a) Indicar si la máquina funciona reversible o irreversiblemente. Justificar
b) Determinar la variación de entropía ΔS del universo en cada ciclo.
c) Repetir el calculo anterior para una maquina de Carnot que utilice esas fuentes.

Respuesta b) ΔSuniverso = 6 J/K    
PROBLEMA 6.4.–
En un calorímetro ideal que contiene 900 g de agua a 27 ºC, se introducen 450 g de agua a 87 ºC. Calcular el aumento de entropía del universo.

R: ΔS = 41,8 J/K    
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