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Problema l.
Un sistema constituido por 2 kg de aire es sujeto en forma independiente a dos procesos (es
decir, cada proceso se realiza por separado estando el sistema en las mismas condiciones
iniciales).
El primer proceso consiste en una expansión libre adiabática, hasta que la presión del
sistema se reduce a la mitad.
El otro proceso consiste en poner al sistema en contacto térmico (a volumen constante) con
un almacén cuya temperatura es tres veces mayor que la temperatura inicial del sistema,
hasta que llegan al equilibrio.
a) Determinar para cada proceso las variaciones en entropía del sistema, los alrededores y
el universo; b) indicar si los procesos son reversibles o irreversibles; e) ¿en cuál de los
procesos se produce la mínima variación en la entropía del universo?; d) ¿en cuál se
produce la máxima variación en la entropía del sistema?; e) en función de su respuesta en
(b), ¿cuál de los procesos se aleja mas de uno reversible?; ¿por qué?
Datos: m ~ 2 kg, R ~ 0.287 kJ/k gK, C p ~ 1.004 kJlkgK
Solución:
Primer proceso:
Pared rigida adiabálica
L st';'; Vado
Estado inicial
Pi, Vi ' T i
Estado final
lj,Ij,T,
El sistema se encuentra inicialmente en el estado caracterizado por (P" v-: , T,) y se somete
a una expansión libre adiabática hasta que su presión se reduce a la mitad; esto significa
que: a) Tf~T" b) ~'~f (alred)=O , e) p, ~(~)
De la ecuación de estado ce gas ideal PV = mRT determinamos,
d) V, = mRTf ~ m;T, ~ 2mRT, =2(mRT, )~ 2~
PI -i. P, P,
2
El estado final queda caracterizado como: (PI' VJ , TI ) = (~, 2f~ , T, )
La variación en la entropía del sistema para este proceso está dada como:
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