PorAdrián Peinado, profesor de Física y Química en Secundaria
Enunciado
Tenemos 4 moles de un gas ideal () que realiza el ciclo de la
figura, donde el proceso BC es una compresión isoterma. Calcular para cada etapa del ciclo, el
trabajo, el calor y la variación de energía interna.
Datos: ;
;
.
Problema 2
Ciclo A → B → C → A en el diagrama p–V
Etapa 1: expansión isóbara A→B. Etapa 2: compresión isoterma B→C. Etapa 3: enfriamiento isócoro C→A.Redibujado a partir de la figura del enunciado oficial (Madrid, 2025).
Solución
Identificación de los tres estados
Del diagrama se leen los estados: A ,
B y C . Con
y :
lo que confirma que BC es efectivamente una isoterma ().
Adoptamos el criterio , con el trabajo realizado por el gas. Como
, se tiene y
.
Etapa 1: A → B (expansión isóbara, 100 K → 200 K)
Comprobación: . El gas se
expande, absorbe calor y se calienta.
Etapa 2: B → C (compresión isoterma a 200 K)
Al no variar la temperatura de un gas ideal, y todo el trabajo se intercambia como
calor:
El signo negativo indica que se realiza trabajo sobre el gas y que este cede esa misma energía
al entorno en forma de calor.
Etapa 3: C → A (enfriamiento isócoro, 200 K → 100 K)
La energía interna es función de estado, luego y necesariamente
: la coincidencia de ambos totales valida los cálculos. El trabajo
neto es negativo () porque el ciclo se recorre en sentido
antihorario en el diagrama –: no es una máquina térmica, sino un ciclo consumidor de
trabajo del tipo frigorífico.