Problema de Entropia y Segundo Principio de la Termodinámica
Aparece en la convocatoria JUN2004
Una masa de 500 g de oxígeno (masa molecular M=32 g/mol), al que se considera gas perfecto, se encuentra en el interior de un cilindro cerrado por un émbolo móvil sin rozamientos, siendo inicialmente su presión de 1 atm y su temperatura de 50 ºC. Se comprime posteriormente el gas isobáricamente hasta que su volumen se reduce a la mitad, sufriendo a continuación una compresión adiabática durante la cual se realiza un trabajo sobre el gas de 10283 J, evolucionando seguidamente a volumen constante, y volviendo al estado inicial mediante una expansión isoterma. Se pide: a) presión, volumen y temperatura en cada uno de los puntos del ciclo; b) dibujar el ciclo; c) variación de energía interna, trabajo, calor y entropía en cada una de las transformaciones y en el ciclo completo; d) rendimiento termodinámico del ciclo; e) rendimiento de un ciclo de Carnot que operase entre las mismas temperaturas extremas.
Datos: constante de los gases perfectos R=0.082 atml/molK=8.32 J/molK=2 cal/molK; 1 cal=4.18 J; 1 atm=101324.72 N/m2.
a) P1=1 atm; T1=323 K; V1=413.84 l; P2=1 atm; T2=161.50 K; V2=206.92 l; P3=1.865 atm; T3=192.99 K; V3=132.56 l; P4=3.123 atm; T4=323 K; V4=132.56 l
b) 
c) ΔU12=-52739.84 J; ΔW12=-20966.11 J; ΔQ12=-73705.95 J; ΔS12=-316.90 J/K
ΔU23=10283 J; ΔW23=-10283 J; ΔQ23=0; ΔS23=0
ΔU34=42456.39 J; ΔW34=0; ΔQ34=42456.39 J; ΔS34=168.18 J/K
ΔU41=0; ΔW41=48033.09 J; ΔQ41=48033.09 J; ΔS41=148.71 J/K
ΔU=0; ΔW=16783.98 J; ΔQ=16783.53 J; ΔS=0
d) η=18.55 %
e) ηC=50 %