Cilindro que cambia de baño térmico (GIE)

De Laplace

1 Enunciado

Se tiene un tubo hermético, de 16 cm² de sección, cerrado por un émbolo móvil. Las paredes y el émbolo están forrados con un aislante térmico imperfecto, que permite el calentamiento o enfriamiento gradual del interior. En el interior del tubo hay aire seco (γ=1.4). El tubo se halla en posición vertical, con el émbolo en su parte superior. Inicialmente el émbolo se encuentra a 10.0 cm de la base, estando el aire interior a 100kPa y 300K, que también es la presión exterior y la temperatura del baño térmico en que está sumergido.

• Se lleva el cilindro a un baño térmico de mayor temperatura y la misma presión, provocando que suba el pistón pasando, cuando se alcanza el nuevo equilibrio térmico, a estar a una altura de 12.5 cm respecto al fondo.
• En esa posición se colocan topes en el pistón, inmovilizándolo. Se procede entonces a llevar de nuevo al émbolo al baño térmico inicial a 300K y se deja que alcance de nuevo el equilibrio térmico.
• En este estado, se libera bruscamente el émbolo, que retorna rápidamente a su posición inicial

Halle

1. La presión, temperatura y volumen del gas interior al final de cada paso. Represente esquemáticamente el ciclo en un diagrama pV.
2. El trabajo realizado sobre el gas en cada paso, así como el calor que entra o sale del gas en cada paso.
3. La variación de energía interna y de entalpía en cada paso
4. La variación de entropía del gas y del ambiente en cada proceso.

Dato: Constante universal de los gases ideales R=8.314 J/K·mol

2 Variables de estado

3 Trabajo, calor, energía y entalpía

4 Entropía