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Un mol de un gas ideal monoatómico ocupa un volumen de 2 litros a una presión de 12 atm. Evoluciona de A a B, de allí hasta C y regresa al punto inicial A. Calcular para cada tramo y para el recorrido total:

a)      La cantidad de calor intercambiada (Q)

b)      El trabajo entragado o recibido (W)

c)      La variación de energía interna. (ΔU)

Antes de comenzar debemos determinar las temperaturas T₁ y T₂ y la presión p aplicando la ecuación de estado de los gases ideales:

Recordemos además que para un gas monoatómico c_v=3/2R y c_p=5/2R (También considere que para pasar de atm.lt a caloría debe multiplicar por 24,23)

Evolución AB (p constante = isobara): El gas absorbe calor ya que aumenta su temperatura y realiza trabajo porque aumenta su volumen. Además, es importante que el alumno entienda que por tratarse de un gas ideal su energía interna depende exclusivamente de la temperatura; como en este caso la temperatura aumenta también aumentará su energía interna:

Evolución BC (V constante = isocora): El gas entrega calor al disminuir su temperatura y no realiza ningún trabajo porque no cambia su volumen. De acuerdo a lo explicado anteriormente al bajar la temperatura también va a disminuir la energía interna del gas:

Evolución CA (T constante = isoterma): El gas no varía su energía interna ya que esta depende exclusivamente de la temperatura y esta no cambia. En esta evolución se reduce el volumen por lo cual el sistema recibe trabajo del medio y a su vez entrega calor para mantener su energía interna constante:

Dejamos para el alumno con interés de aprender dos actividades: una de ellas es el cálculo de la variación de energía interna, trabajo y calor correspondientes al ciclo ABCA, estimando previamente si estos valores son nulos, positivos o negativos. La otra, es volver a realizar los cálculos propuestos utilizando las expresiones que permiten calcular el calor, Q, y la variación de la energía interna, ΔU, independientemente del número de moles, lo cual facilita las operaciones ya que no es necesario el cálculo de las temperaturas y no es necesario contar con n como dato. Nos referimos a la aplicación de ΔU = c_v / R .(p_fV_f - p_i.V_i) ; Q_v = c_{v / R.V.(}p_f - p_i) y Q_p = c_p / R . p.(V_f - V_i).  La discusión de los resultados obyenidos la esperamos en foro correspondiente a esta unidad o se desarrollará en clase si los tiempos los permiten.