Ejercicios: Procesos isotérmico, isobárico, isocórico y adiabático

Nombrá el proceso termodinámico en el que se mantiene constante cada una de estas magnitudes: la temperatura, la presión, el volumen. Además, indicá cómo se llama el proceso en el que el sistema no intercambia calor con el entorno.

Un gas ideal se calienta dentro de un recipiente rígido, de volumen fijo, y absorbe $750\ \text{J}$ de calor. ¿Qué trabajo realiza el gas? Calculá la variación de su energía interna e indicá de qué tipo de proceso se trata.

Un gas ideal se expande a presión constante de $2 \times 10^{5}\ \text{Pa}$ y su volumen pasa de $0{,}010\ \text{m}^3$ a $0{,}025\ \text{m}^3$. Calculá el trabajo realizado por el gas con $W = p\,\Delta V$ e indicá si el trabajo es positivo o negativo.

Un gas ideal se expande de manera isotérmica y absorbe $600\ \text{J}$ de calor de un baño térmico. Explicá por qué en un proceso isotérmico de un gas ideal la energía interna no cambia, y calculá el trabajo realizado por el gas. Luego indicá qué ocurriría con la presión del gas durante esta expansión.

Un gas ideal a presión constante de $1{,}5 \times 10^{5}\ \text{Pa}$ se expande desde $0{,}020\ \text{m}^3$ hasta $0{,}060\ \text{m}^3$ mientras absorbe $12.000\ \text{J}$ de calor. Calculá el trabajo realizado por el gas y la variación de su energía interna. Interpretá el resultado: ¿hacia dónde se fue la energía que entró como calor?

Rodrigo bombea aire rápidamente con una bomba de mano para inflar la rueda de su bicicleta y nota que el cuerpo de la bomba se calienta. Considerá que la compresión es tan rápida que se puede tomar como adiabática. Si durante la compresión se realiza un trabajo de $240\ \text{J}$ sobre el aire, calculá $Q$, $W$ y $\Delta U$ con su signo y explicá por qué la temperatura del aire aumenta.

Un gas ideal experimenta dos procesos que lo llevan desde el mismo estado inicial A hasta temperaturas finales idénticas. En el proceso 1 el gas se calienta a volumen constante y absorbe $900\ \text{J}$. En el proceso 2 el gas se calienta a presión constante, de modo que realiza $400\ \text{J}$ de trabajo. Argumentá por qué la variación de energía interna es la misma en ambos procesos y calculá el calor absorbido en el proceso 2. Explicá por qué hace falta más calor a presión constante que a volumen constante para igual aumento de temperatura.

Un gas ideal describe el siguiente recorrido: A→B es una expansión isobárica a $2 \times 10^{5}\ \text{Pa}$ desde $0{,}010\ \text{m}^3$ hasta $0{,}030\ \text{m}^3$; B→C es un enfriamiento isocórico hasta la presión de $1 \times 10^{5}\ \text{Pa}$; C→D es una compresión isobárica hasta $0{,}010\ \text{m}^3$; D→A es un calentamiento isocórico que cierra el ciclo. Calculá el trabajo realizado en cada tramo y el trabajo neto del ciclo. Indicá si el ciclo, recorrido en ese sentido, se comporta como una máquina térmica o como un refrigerador, y justificalo.