Problemes de termodinàmica: expansió isotèrmica d'un gas ideal

Context

Es considera un sistema aïllat format per un conjunt cilindre-pistó que conté 1 mol de gas ideal monoatòmic juntament amb el seu entorn tèrmic. Inicialment, el gas es troba a l' estat inicial (I) amb una pressió de 3,00 atm i un volum de 8,00 L, i experimenta una expansió isotèrmica fins a l' estat final (F), on la pressió és de 1,20 atm i el volum de 20,00 L.

Activitat 1. Representació gràfica p-V

Dibuixeu el diagrama de pressió enfront de volum ($p - V$) corresponent a l'expansió isotèrmica descrita des de l'estat inicial ($I$) fins a l'estat final ($F$).

Context

Es considera un sistema aïllat format per un conjunt cilindre-pistó que conté 1 mol de gas ideal monoatòmic juntament amb el seu entorn tèrmic. Inicialment, el gas es troba a l' estat inicial (I) amb una pressió de 3,00 atm i un volum de 8,00 L, i experimenta una expansió isotèrmica fins a l' estat final (F), on la pressió és de 1,20 atm i el volum de 20,00 L.

Activitat 2. Magnituds termodinàmiques en l'expansió reversible

Suposant que l'expansió isotèrmica es produeix de manera reversible, calculeu les següents magnituds:

a.

b.

c.

d.

e.

f.

Context

Es considera un sistema aïllat format per un conjunt cilindre-pistó que conté 1 mol de gas ideal monoatòmic juntament amb el seu entorn tèrmic. Inicialment, el gas es troba a l' estat inicial (I) amb una pressió de 3,00 atm i un volum de 8,00 L, i experimenta una expansió isotèrmica fins a l' estat final (F), on la pressió és de 1,20 atm i el volum de 20,00 L.

Activitat 3. Magnituds termodinàmiques en l'expansió irreversible

Suposeu ara que el mateix canvi d'estat (de l'estat $I$ a l'estat $F$) es duu a terme de forma sobtada i irreversible contra una pressió exterior constant de $1{,}20\text{ atm}$. Determineu:

a.

La variació d'energia interna ($\Delta U$).

b.

El treball ($W$) involucrat.

c.

La quantitat de calor ($Q$) bescanviada.

d.

La variació d'entropia del gas ($\Delta S_{\text{gas}}$).

e.

La variació d'entropia de l'entorn ($\Delta S_{\text{entorn}}$).

f.

La variació d'entropia total ($\Delta S_{\text{total}}$).

Context

Es considera un sistema aïllat format per un conjunt cilindre-pistó que conté 1 mol de gas ideal monoatòmic juntament amb el seu entorn tèrmic. Inicialment, el gas es troba a l' estat inicial (I) amb una pressió de 3,00 atm i un volum de 8,00 L, i experimenta una expansió isotèrmica fins a l' estat final (F), on la pressió és de 1,20 atm i el volum de 20,00 L.

Activitat 4. Variació d'entropia en el procés cíclic

Un cop el gas ha arribat a l'estat final $F$, es comprimeix des de l'exterior de forma irreversible fins a tornar a l'estat inicial $I$. Trobeu la variació d'entropia del gas associada a tot el cicle complet ($I \rightarrow F \rightarrow I$).