Calor en una expansión isoterma por un peso

De Laplace

1 Enunciado

Se tiene una balanza formada por un recipiente cilíndrico de 16 cm² de sección lleno de aire (considerado como un gas ideal). El tubo está cerrado herméticamente en su parte inferior por un émbolo que puede deslizarse sin rozamiento y que tiene un gancho en su cara inferior. Las paredes y el émbolo no están aislados térmicamente. Inicialmente el émbolo se encuentra a 15 cm de la pared superior, y el gas en equilibrio mecánico y térmico con el exterior, que se halla a 1 bar y 300 K. Se cuelga bruscamente del pistón un saco de harina de 4 kg.

1. ¿Cuánto desciende aproximadamente el pistón hasta que se alcanza de nuevo el equilibrio?
2. ¿Cuánto vale aproximadamente el calor que entra en el sistema en este proceso?
3. Suponga que el saco tiene un agujero, de forma que la harina se escapa lentamente hasta vaciarse por completo (despreciamos el peso del propio saco). ¿Cuánto vale el calor que entra en el sistema en este segundo proceso?

Datos: Constante de los gases ideales: 8.314 J/K·mol; Razón de capacidades caloríficas del aire: 1.4.

2 Descenso del pistón

3 Calor en el descenso

4 Calor en el ascenso

5 Producción de entropía