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1 PROBLEMA 1: Un sistema cerrado inicialmente en reposo sobre la superficie de la Tierra es sometido a un proceso en el que recibe una transferencia neta de energía por trabajo igual a 200 kJ. Durante este proceso hay una transferencia neta de energía por calor desde el sistema al entorno de 30 kJ. Al final del proceso, el sistema tiene una velocidad de 60 m/s y una altura de 60 m. La masa del sistema es 25 kg, y la aceleración local de la gravedad es g = 9,8 m/s 2 . Determínese el cambio de la energía interna del sistema para el proceso, en kJ. SOLUCIÓN: Supuestos: 1. El sistema considerado es un sistema cerrado. 2. Al finalizar el proceso el sistema se mueve con velocidad uniforme. 3. La aceleración local de la gravedad es constante e igual a 9,8 m/s 2 . El balance de energía para el sistema cerrado toma la forma W Q U EP EC = + + donde los cambios de energías cinética y potencial pueden expresarse, respectivamente, según ( ) 2 1 2 2 2 1 C C m EC = ( ) 1 2 z z g m EP = Resolviendo para U ( ) ( ) 1 2 2 1 2 2 2 1 z z g m C C m W Q U = Sustituyendo valores, Q = 30 kJ, W = 200 kJ, 1 C = 0, 2 C = 60 m/s 2 , 1 2 z z = 60 m, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) kJ U kJ kJ kJ kJ U s m kg kJ m s m kg s m kg kJ s m kg kJ kJ U 3 , 110 7 , 14 45 200 30 000 . 1 1 60 8 , 9 25 000 . 1 1 60 25 2 1 200 30 2 2 2 2 2 2 + = = = El signo positivo de U indica que la energía interna del sistema aumenta durante el proceso. PROBLEMA 2: Un gas está contenido en un dispositivo cilindro pistón como el de la figura. Inicialmente, la cara interna del pistón está en x = 0, y el resorte no ejerce fuerza alguna sobre el pistón. Como resultado de la transferencia de calor el gas se expande elevando al pistón hasta que tropieza con los topes. En ese momento su cara interna se encuentra en x = 0,06 m y cesa el flujo de calor. La fuerza ejercida por el resorte sobre el pistón cuando el gas se expande varía lentamente con x según
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