Masa que cuelga de una cámara de aire
De Laplace
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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.
- ¿Cuánto desciende aproximadamente el pistón hasta que se alcanza de nuevo el equilibrio?
- ¿Cuánto vale aproximadamente el calor que entra en el sistema en este proceso?
- 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?
- ¿Cuánto varía la entropía del sistema, del ambiente del universo en el descenso? ¿Y en el ascenso ulterior?
- Supongamos que la cámara y el pistón están aislados térmicamente, de manera que los procesos son adiabáticos. ¿Cómo quedan en ese caso los resultados de los apartados anteriores?
2 Introducción
Este problema es casi idéntico al ”Trabajo en una compresión por un peso“, siendo la única diferencia esencial el que en ese otro problema la masa comprime el gas, aumentando la presión y en este lo expande, reduciéndola. No obstante, lo resolveremos de forma completa también aquí.
