Calentamiento de agua con una resistencia
De Laplace
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1 Enunciado
En una cámara con un émbolo móvil se coloca 500 cm³ de agua a 300 K. El exterior se encuentra a una presión de 100 kPa. Se le comunica lentamente calor al agua hasta que se evapora por completo.
- Calcule el calor necesario para que se realice este proceso.
- Halle el trabajo que se realiza sobre el agua.
- Calcule la variación en la entalpía y en la energía interna del agua.
- Suponga que el calentamiento se produce mediante una resistencia eléctrica a una tensión de 220 V por la que pasa una corriente de 2 A. ¿Cuánto tiempo tarda en realizarse el proceso? En este caso, la energía entra en el sistema en forma de calor o de trabajo?
2 Calor
Al ser el émbolo móvil, todos los procesos son a presión exterior constante. Suponiendo que ocurre cuasiestáticamente, esta presión será también la interior.
Para vaporizar el agua primero hay que llevarla a 100°C, lo que requiere una cantidad calor
A continuación hay que comunicarle el calor necesario para evaporar el agua
El calor total necesario será la suma de estos dos
3 Trabajo
El sistema realiza trabajo ya que se produce un incremento de volumen, pues el vapor ocupa mucho más espacio que el agua líquida.
Inicialmente el sistema ocupa
y tras la evaporación, suponiendo que se comporta como un gas ideal
Sustituyendo los valores numéricos
