Secundaria pistón exámen

[Celadas]

Hola, éste es el 2º problema de mi exámen



Gracias y Saludos

Pd: En bolígrafo está escrito lo siguiente; La distancia final del émbolo a la base es de 50 cm

[Xay]

Re: pistón exámen

Hola,

no sé cuándo tendrías el examen, ni si has intentado resolver el problema o no, pero hay que ir aplicando fórmulas.

a)El volumen de un cilindro es el área del círculo de la base por la altura. Del diámetro sacas el radio y te dice el enunciado que la altura inicial del pistón es 43 cm. Para la masa, usas la fórmula de los gases ideales (PV=nRT) para calcular los moles y con ellos la masa usando n=m/Mm.
b)Dibujo.
c)El calor sería igual al trabajo, que es la potencia por el tiempo. El tiempo te lo da el enunciado, y la potencia la calculas como voltaje por intensidad.
d)El proceso diría que es o isotermo o adiabático, si es que tiene que ser algún tipo de proceso en el que se mantenga algo constante. Tanto la presión como el volumen cambian. La resistencia disipa calor, que se cede al gas, que a su vez desprende calor también. Si el calor disipado por la resistencia te da lo mismo que el que pierde el gas (no lo he calculado), entonces sería un proceso adiabático, puesto que la variación neta de calor en el proceso sería nula. En cuanto a si es isotermo, sería la única alternativa en caso de que no sea adiabático.
e)La variación de calor en el gas es Q=mc(Tf-Ti). La variación de calor es el absorbido menos el desprendido, el calor específico debería dártelo, la masa la calculaste en el apartado a y la temperatura inicial también la tienes.
f)El volumen final lo calculas como en el apartado a, sólo que ahora la altura final del cilindro son 50cm. Restando ambas alturas o distancias tienes la variación producida durante el proceso.
g)Gráficas.
h)Si el proceso es adiabático, la variación de entropía es cero. Si es isotermo, es el calor absorbido al cuadrado entre la temperatura.

Saludos.

[Celadas]

Re: pistón exámen

Hola Xay gracias por tú aporte. Tengo que decirte que se trata de un proceso isóbaro porque así lo dice el enunciado. Yo he podido resolver del mismo modo que tú planteas, las cuestiones (a) y (c), pero en la cuestión (e) ya no lo veo nada claro. Con respecto a la cuestión (f) he pensado hacerlo tal como tú lo planteas pero me queda la duda de que está bien porque el resultado del volumen tendría que dar lo mismo hallando la Tª final y luego hallando con PV=mrT el volumen, que haciéndolo por medio del volumen del cilíndro.

[Celadas]

Re: pistón exámen

Hola, he estado consultando libros y en el Cengel he encontrado casualidad el mismo problema, pero no entiendo el balance de energía que hace

[Xay]

Re: pistón exámen

Es totalmente cierto, el proceso es isóbaro. Si te digo la verdad, ni siquiera vi esas palabras en el enunciado, eso me pasa por leerlo deprisa y siendo bastante tarde, lo siento.
Para el e, puedes usar el hecho de que V/T=cte para cualquier proceso isóbaro. Es decir, V1/T1=V2/T2. Como tienes los volúmenes y la temperatura inicial, sólo te quedaría despejar la temperatura final.
En el f, no sé si ha sido un error de escritura, pero en la fórmula lo que se usa es el número de moles, normalmente denotado por una n, y no la masa, m. El volumen final sí debería dar lo mismo haciéndolo de las dos formas, con el volumen de un cilindro y con la ley de los gases. EDITO: Veo que en el libro que pones cambian la constante R para que el resultado sea masa y no moles.
La variación de entropía sería S=nc(T2-T1), siendo n el número de moles y c el calor específico a presión constante.

EDITO: Me resultaría de gran ayuda que subieras las imágenes algo más grandes, cuesta un poco leer de la pantalla ese tamaño de letra...

[Celadas]

Re: pistón exámen

No entiendo la aplicación del libro que hacen de la fórmula:
$\Delta U= Q-W_{ext}=Q-(W_{exp}+W_{elec})$

[Xay]

Re: pistón exámen

Ése es el primer principio de la termodinámica, y lo que hacen es considerar que el trabajo realizado sobre el gas es la suma de los trabajos de expansión y el trabajo eléctrico (el calor que aporta la resistencia).

[Celadas]

Re: pistón exámen

Hola, la duda es que al trabajo eléctrico lo consideran positivo y al calor negativo. Por otro lado como sería el dibujo del apartado (b) para que la energía que disipa la resistencia sea un flujo de calor ? La resistencia estaría incluida en la frontera, tal como pone el libro ? o excluida como si se tratase de aporte externo. Gracias y saludos