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Problema 1.
Un sistema que consta de 3 kg de aire inicialmente a 172.2 kPa y 600 K, duplica su
volumen debido a una expansión libre adiabática.
a) Detenninar la variación en la entropía del universo debida a este cambio, b) indicar si el
cambio es reversible o irreversible.
Considere ahora que, estando el sistema en el estado final que alcanzó en el cambio
anterior; se pone en contacto ténnico (a volumen constante) con un almacén, hasta que
ambos llegan al equilibrio.
Suponiendo que en este segundo proceso la variación en la entropía del sistema es igual a la
correspondiente variación en la entropía del universo debida al primer proceso descrito;
determinar: e) la temperatura del almacén térmico, d) la presión que alcanza el sistema
cuando llega al equil ibrio, e) la variación en la entropía de los alrededores, f) la variación
en la entropía del universo.
Finalmente, detenninar para los dos procesos en conjwlto : g) la variación total en la
entropía de los alrededores y h) la variación total en la entropía del W1iverso.
Datos: m ~ 3 kg, R ~ 0.287 kJlkgK, Cv ~ 0.7 17 kJlkgK
Solución:
Primer proceso 1:
Paso / .
Vado
Estado inicial
Pi, Vi ' T i
Estadofinal
IJ, Ií , Ti
Se conoce la presión y la temperatura en el estado inicial, por lo que de la ecuación de
estado de gas ideal PV = mRT se determina el volumen en este estado,
a) V ~ mRT,
, p,
(3 kg )(0.287 ~)(600 K)
kgK
( 1722~,)
El sistema se encuentra inicialmente en el estado (P¡, V';. T,) = (172.2 kPa, 3 m 3 , 600 K) Y
se somete a W1a expansión libre adiabática duplicando su volumen; esto significa que:
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