Resuelve los siguientes problemas.
1. Si agregamos 4184 J de energía térmica a una taza de agua y no se realiza trabajo alguno sobre el sistema o por el sistema ,¿cuál es el cambio en la energía interna del agua?
Si agregamos 4184 J de energía térmica a una taza de agua y no se realiza trabajo alguno sobre el sistema ni por el sistema, el cambio en la energía interna del agua será igual a la cantidad de calor agregada, ya que todo ese calor se convertirá en energía interna.
2. Un gas ideal es comprimido en un cilindro, realizando 500 J de trabajo sobre el gas. Sino se transfiere calor hacia o desde el gas durante este proceso, ¿cuál es el cambio en la energía interna del gas?
Si no se transfiere calor hacia o desde el gas durante el proceso y se realiza trabajo sobre el gas, el cambio en la energía interna del gas será igual al trabajo realizado sobre el gas. En este caso, como se está comprimiendo el gas y se realiza un trabajo de 500 J sobre él, el cambio en la energía interna del gas será de -500 J (negativo porque el trabajo se realiza sobre el gas, lo que significa que la energía interna del gas disminuye).
3. Una bebida libera 1500 J de calor mientras se enfría. Si el trabajo realizado por el sistema es nulo, ¿cuál es el cambio en la energía interna de la bebida?
Si el trabajo realizado por el sistema es nulo, significa que no se realiza ningún trabajo sobre el sistema ni por el sistema. En este caso, si la bebida libera 1500 J de calor mientras se enfría, ese calor se considera parte de la energía interna de la bebida. Por lo tanto, el cambio en la energía interna de la bebida será de -1500 J (negativo porque la bebida está perdiendo energía en forma de calor).
4. En un ciclo de refrigeración, un refrigerador extrae 600 J de calor de su interior y el compresor realiza 150 J de trabajo. Calcula el cambio en la energía interna del sistema refrigerado.
Para calcular el cambio en la energía interna del sistema refrigerado, podemos usar la primera ley de la termodinámica, que establece que la energía total de un sistema cerrado es constante y se conserva. el refrigerador extrae 600 J de calor
Q=−600 J, ya que el calor se extrae del sistema) y el compresor realiza 150 J de trabajo
W=−150 J, ya que el trabajo se realiza sobre el sistema, es decir, es negativo).
Por lo tanto, el cambio en la energía interna del sistema refrigerado es de -450 J.
5. En un proceso de laboratorio, se disuelven 20g de una sal en 100 mL de agua, resultando en una reacción endotérmica que absorbe 1500 J de calor del entorno.
Si el recipiente que contiene la mezcla realiza 200J de trabajo sobre el entorno al contraerse, ¿cuál es el cambio en la energía interna de la solución?
Para determinar el cambio en la energía interna de la solución, podemos usar la misma ecuación de la primera ley de la termodinámica:
ΔU=Q−W
Donde:
ΔU es el cambio en la energía interna del sistema.
Q es el calor agregado al sistema
W es el trabajo realizado por el sistema.
En este caso, el calor absorbido por la reacción endotérmica es de 1500 J
Q=1500 J, positivo porque es absorbido por el sistema) y el trabajo realizado por el recipiente al contraerse es de 200 J
W=−200 J, negativo porque el trabajo se realiza sobre el entorno). Entonces, sustituyendo estos valores en la ecuación:
Δ𝑈=1500 J−(−200 J)
Δ𝑈=1500 J+200 J
Δ𝑈=1700 J
Por lo tanto, el cambio en la energía interna de la solución es de 1700 J.