Solución de la 1ª convocatoria 12/13 (2ª parte)(GIE)
De Laplace
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1 Preguntas T.1, T.2 y T.3
Se tiene una cierta cantidad de aire en un cilindro con paredes adiabáticas y con un pistón también adiabático, que puede moverse pero permanece en reposo, situado en un ambiente a presión p0 y temperatura T0. Al retirar el aislamiento térmico del cilindro, se encuentra que el pistón comprime el gas.
1.1 Pregunta T.1
Antes de retirar el aislamiento, ¿había equilibrio entre el aire y el ambiente?
- A No había equilibrio ni térmico ni mecánico.
- B Había equilibrio mecánico, pero no térmico.
- C Había equilibrio térmico, pero no mecánico.
- D Había equilibrio tanto térmico como mecánico.
1.1.1 Solución
La respuesta correcta es la B.
Si el émbolo era libre de moverse, pero no lo hacía es porque la fuerza sobre él era nula, es decir, el sistema se encontraba en equilibrio mecánico.
Por otro lado, al retirar el aislamiento térmico se produjo un intercambio de energía entre el sistema y el entorno. Por tanto su temperatura no podía ser la misma que la del exterior, ya que hubo transferencia de calor.
Por tanto, había equilibrio mecánico, pero no térmico y la respuesta correcta es la B.
1.2 Pregunta T.2
¿Qué podemos decir de la temperatura inicial del gas, Ti?
- A Ti = T0
- B No podemos saber nada de la temperatura inicial.
- C Ti > T0
- D Ti < T0
1.2.1 Solución
La respuesta correcta es la C.
La presión inicial y la final del gas es la misma e igual a la exterior, por lo que la ley de los gases ideales se reduce a la ley de Charles
Puesto que el volumen se reduce, también lo hace la temperatura. Por tanto, su temperatura inicial era mayor que la final, que es la del exterior
1.3 Pregunta T.3
- ¿Cómo es la variación de entropía del gas interior entre el estado inicial y el final?
- A Puede tener cualquier signo.
- B ΔS > 0
- C ΔS = 0
- D ΔS < 0
1.3.1 Solución
La respuesta correcta es la D.
Si la temperatura del gas disminuye manteniéndose la presión constante, es porque sale calor del sistema. Por tanto, la entropía del gas disminuye.
2 Pregunta T.4
¿Cuál de las siguientes procesos está prohibido explícitamente por el enunciado de Kelvin-Planck del segundo principio de la termodinámica?
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| A | B |
|---|---|
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| C | D |
2.1 Solución
La respuesta correcta es la B.
El enunciado de Kelvin-Planck es:
Es imposible construir una máquina que, operando en un ciclo, produzca como único efecto la extracción de calor de un foco y la realización de una cantidad equivalente de trabajo
Puesto que el enunciado de Clausius es equivalente al de Kelvin-Planck, éste también prohíbe el caso D, pero no lo hace explícitamente.
es decir, que lo que prohíbe es que se absorba calor de un foco (el llamarlo frío o caliente es irrelevante, pues solo hay uno) y ese calor se transforme en trabajo.
3 Pregunta T.5
¿Cuál de las siguientes curvas corresponde a un ciclo de Carnot en un diagrama TS?
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| A | B |
|---|---|
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| C | D |
3.1 Solución
La respuesta correcta es la B.
Un ciclo de Carnot está formado por dos isotermas y dos adiabáticas. En un diagrama TS una isoterma es una recta horizontal. Un proceso adiabático reversible es un proceso isentrópico, por lo que su gráfica es una línea vertical. Por tanto el ciclo de Carnot, como se ha estudiado en el curso, es un rectángulo.
