Quiz — El segundo principio de la termodinámica

Question 1

En esta lección, ¿qué exige la reversibilidad global de una transformación?

Accepted Answer

Que un retorno pueda restaurar el sistema y todo su exterior, sin dejar ningún otro cambio.

Question 2

Un sistema cerrado cede 2 400 J a un termostato a 300 K. Su variación de entropía es ΔS = −6 J/K. ¿Cuáles son su entropía intercambiada S_e y su entropía producida S_i?

Accepted Answer

S_e = −8 J/K y S_i = +2 J/K.

Question 3

Un calor Q = 1 200 J pasa directamente de un termostato a 600 K a otro a 300 K. ¿Cuál es la variación de entropía total de ambos termostatos?

Accepted Answer

+2 J/K.

Question 4

¿Por qué un refrigerador ordinario no contradice el enunciado de Clausius?

Accepted Answer

Porque la transferencia de calor del foco frío al caliente va acompañada de un aporte de trabajo exterior.

Question 5

Un gas ideal de n moles experimenta una expansión de Joule–Gay-Lussac del volumen v al volumen V > v en un recinto rígido y adiabático. La retirada de la pared no modifica el exterior. ¿Qué balance es correcto?

Accepted Answer

Q = W = ΔU_gas = 0 y ΔS_tot = nR ln(V/v) > 0.

Question 6

Un motor ditérmico funciona entre 600 K y 300 K y recibe Q_H = 1 000 J por ciclo. ¿Cuál es el valor máximo del trabajo suministrado |W|?

Accepted Answer

500 J.

Question 7

Dos subsistemas de composición fija pueden intercambiar energía y volumen de forma independiente dentro de un conjunto aislado. ¿Qué puede afirmarse sobre su estado de equilibrio?

Accepted Answer

T_1 = T_2 y P_1 = P_2.

Question 8

Una máquina cíclica recibe los calores algebraicos Q_k de termostatos a T_k > 0 e intercambia trabajo con una fuente ideal. ¿Qué afirmación respeta la desigualdad de Clausius y las definiciones de la lección?

Accepted Answer

Σ_k Q_k/T_k ≤ 0; la igualdad caracteriza la reversibilidad global, sin demostrar la reversibilidad local.

Question 9

¿Cómo construye la lección la entropía a partir de la igualdad ∮ δQ_rev/T = 0 en los ciclos localmente reversibles?

Accepted Answer

Define S(B) − S(A) mediante la integral de δQ_rev/T.

Question 10

¿Qué afirmación describe correctamente la reversibilidad local?

Accepted Answer

Exige invertir cada etapa de una sucesión de estados de equilibrio mediante una modificación infinitesimal de las restricciones.

Question 11

Una transformación irreversible conecta dos estados de equilibrio A y B, pero sus estados intermedios están lejos del equilibrio. ¿Qué afirmación es correcta?

Accepted Answer

La variación de entropía ΔS puede calcularse sobre un camino localmente reversible entre A y B, mientras que S_e y S_i dependen del proceso real.

Question 12

¿Qué funcionamiento prohíbe exactamente el enunciado de Kelvin–Planck?

Accepted Answer

Realizar un ciclo cuyo único efecto sea extraer un calor Q > 0 de un único termostato y suministrar W = −Q al exterior.

Question 13

Una compresión cuasiestática es necesariamente localmente reversible.

Accepted Answer

Falso

Question 14

¿Qué sucesión describe el ciclo de Carnot de un gas ideal que funciona como motor, siendo todas sus ramas localmente reversibles?

Accepted Answer

Una expansión isotérmica a T_H, una expansión adiabática reversible, una compresión isotérmica a T_C y después una compresión adiabática reversible.

Question 15

El segundo principio fija el sentido termodinámicamente admisible de las evoluciones, pero no determina por sí solo su duración ni los coeficientes de transporte.

Accepted Answer

Verdadero