Exercici 1 · Química Física I UB 2019
Tema: Segon i tercer principis: entropia · Del examen Examen de Reavaluació (Juliol 2019) (2019)
Enunciado
Exercici 1 (25 punts). Cicle termodinàmic de nitrogen gasós
Es disposa de de gas nitrogen () en un estat inicial definit per i . Aquest sistema efectua un cicle termodinàmic reversible compost per tres processos:
Etapa I: Expansió isotèrmica.
Etapa II: Refredament isocor (a volum constant) fins a assolir una temperatura de .
Etapa III: Compressió adiabàtica que retorna el gas a l'estat d'origen.
Assumint comportament de gas ideal, responeu:
a)
Deduïu la pressió, el volum i la temperatura al terme de cada etapa.
Estat · · ·
Estat 1
Estat 2
Estat 3
b)
Avalueu el treball (), la calor (), així com el canvi en l'energia interna (), l'entalpia () i l'entropia () de cada etapa i del cicle global.
Etapa · · · · ·
Etapa I
Etapa II
Etapa III
Cicle global
c)
d)
Representeu de manera esquemàtica el cicle complet en un diagrama de Clapeyron ( vs ).
Solución
Según los criterios oficiales de corrección
a) Estat 1: Temperatura T1
Solución: 1200 K
a) Estat 1: Pressió P1
Solución: 5 atm
a) Estat 1: Volum V1
Solución: 39,389 L / 0,039389 m³
a) Estat 2: Temperatura T2
Solución: 1200 K
a) Estat 2: Pressió P2
Solución: 0,847 atm
a) Estat 2: Volum V2
Solución: 232,593 L / 0,232593 m³
a) Estat 3: Temperatura T3
Solución: 600 K
a) Estat 3: Pressió P3
Solución: 0,423 atm
a) Estat 3: Volum V3
Solución: 232,593 L / 0,232593 m³
b) Etapa I: Treball W_I
Solución: -35434 J / -35,434 kJ
b) Etapa I: Calor Q_I
Solución: 35434 J / 35,434 kJ
b) Etapa I: Variació d'energia interna ΔU_I
Solución: 0 J / 0 kJ
b) Etapa I: Variació d'entalpia ΔH_I
Solución: 0 J / 0 kJ
b) Etapa I: Variació d'entropia ΔS_I
Solución: 29,528 J/K / 29,528 J·K⁻¹
b) Etapa II: Treball W_II
Solución: 0 J / 0 kJ
b) Etapa II: Calor Q_II
Solución: -25560 J / -25,560 kJ
b) Etapa II: Variació d'energia interna ΔU_II
Solución: -25560 J / -25,560 kJ
b) Etapa II: Variació d'entalpia ΔH_II
Solución: -35537 J / -35,537 kJ
b) Etapa II: Variació d'entropia ΔS_II
Solución: -29,528 J/K / -29,528 J·K⁻¹
b) Etapa III: Treball W_III
Solución: 25560 J / 25,560 kJ
b) Etapa III: Calor Q_III
Solución: 0 J / 0 kJ
b) Etapa III: Variació d'energia interna ΔU_III
Solución: 25560 J / 25,560 kJ
b) Etapa III: Variació d'entalpia ΔH_III
Solución: 35537 J / 35,537 kJ
b) Etapa III: Variació d'entropia ΔS_III
Solución: 0 J/K / 0 J·K⁻¹
b) Cicle global: Treball net W_net
Solución: -9874 J / -9,874 kJ
b) Cicle global: Calor neta Q_net
Solución: 9874 J / 9,874 kJ
b) Cicle global: Variació d'energia interna total ΔU
Solución: 0 J / 0 kJ
b) Cicle global: Variació d'entalpia total ΔH
Solución: 0 J / 0 kJ
b) Cicle global: Variació d'entropia total ΔS
Solución: 0 J/K / 0 J·K⁻¹
c) Determineu el rendiment tèrmic del cicle operant com a màquina tèrmica
Solución: 0,2786 / 27,86%
c) Compareu-lo amb el rendiment màxim que es podria assolir entre aquestes temperatures extremes
Solución: 0,50 / 50%
c) Justificació de la comparació amb el rendiment de Carnot
Solución: El cicle té un rendiment significativament inferior al de Carnot (27,86% < 50%) a causa de la transferència irreversible de calor en l'etapa isòcora.
d) Representeu de manera esquemàtica el cicle complet en un diagrama de Clapeyron (P vs V).
Solución: El cicle en un gràfic P vs V es compon de: - Una corba hiperbòlica decreixent de pendent moderat des de (V1, P1) fins a (V2, P2) (isoterma a 1200 K). - Una recta completament vertical descendent des de (V2, P2) fins a (V2, P3) (isòcora, V = ct). - Una corba creixent de retorn més pronunciada que la isoterma des de (V2, P3) fins a (V1, P1) (adiabàtica, PV^γ = ct). - L'àrea tancada té sentit horari, confirmant que es tracta d'un cicle que produeix treball net (W < 0).
La explicación paso a paso, hecha con IA, es Premium. Premium
Resuélvelo aquí mismo: corrección automática, pistas y solución paso a paso.
‹ Pregunta 3 - Segon i tercer principis: entropia · 2023 · Exercici 2 - Apartat b · 2019 ›