CALOR Y TERMODINAMICA, Elección múltiple 20, Ricardo Cabrera

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(APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
CALOR Y TERMODINÁMICA

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EM - Problema 20 - Una cacerola contiene agua a 70°C. El sistema se enfría reversiblemente hasta que su temperatura iguala a la del ambiente que es de 22°C. Durante ese proceso se puede afirmar que:

a) El proceso se realiza poniendo la cacerola en contacto con el ambiente.
b) La energía y la entropía del sistema disminuyen, la energía del universo no cambia y su entropía aumenta.
c) La energía del sistema disminuye, su entropía aumenta, y la energía y la entropía del universo no cambian.
d) La energía y la entropía del sistema disminuyen, y las del universo no cambian.
e) La energía del sistema disminuye, su entropía aumenta, la energía del universo no cambia y su entropía aumenta.
f) La energía y la entropía del medio exterior aumentan, la energía del universo no cambia y su entropía aumenta.

Tramposo como monopolio informativo. ¿Cuándo una cacerola se enfría reversiblemente? ¡Nunca! ¿O acaso una cacerola a 22°C alguna vez puede volver a calentarse solita y reaparecer a 70°C para poder servir los fideos media hora más tarde porque estabas viendo la tele y no me diste bola cuando te llamé a la mesa? ¡Nooo! El enfriamiento de la cacerola es irreversible... y: o prendo de vuelta la hornalla, o la próxima vez cocinás vos.

Entonces, toda la dificultad de este ejercicio consiste en responder teniendo presente esa condición absurda: se enfría reversiblemente.

a) El proceso se realiza poniendo la cacerola en contacto con el ambiente.
	FALSO. Si la cacerola se pone en contacto con el ambiente, el calor que despide al enfriarse se reparte uniformemente en una masa de aire muy grande, que por convección se lleva ese calor a otros lugares. Es imposible que esa masa de aire, le devuelva el calor a la cacerola y la vuelva a llevar a 70°C. Dejarla enfriar en el ambiente es una manera efectiva de hacer el proceso irreversible.

b) La energía y la entropía del sistema disminuyen, la energía del universo no cambia y su entropía aumenta.

¡Qué mezcolanza! Vamos por partes. Si la cacerola (o sea, el sistema) se enfría disminuye su energía y también disminuye su entropía. Eso va bien.

Ese calor se va al medio ambiente, de modo que el medio ambiente aumenta su energía y también aumenta su entropía. Pero no nos lo preguntan.

El sistema más el medio ambiente conforman el universo (observable en este experimento). La energía del universo se mantiene invariante: el principio de conservación de la energía es sagrado. Y la entropía del universo no varía, simplemente porque el enunciado del ejercicio dice que el enfriamiento es reversible (después iremos a preguntarle al autor del ejercicio cómo hizo para enfriar la cacerola reversiblemente... pero ese es otro asunto). Entonces, por las últimas dos palabras de la pregunta: FALSO.

c) La energía del sistema disminuye, su entropía aumenta, y la energía y la entropía del universo no cambian.
	De nuevo... qué mezcolanza. Ya contestamos todo en el párrafo anterior. pero vamos de vuelta. La energía del sistema (la cacerola) disminuye. Su entropía también. O sea esto ya es FALSO. La última parte de la frase es verdadera... pero ya es tarde.

d) La energía y la entropía del sistema disminuyen, y las del universo no cambian.
	Y dale con lo mismo. Ya está respondido hasta el cansancio. Esta es la VERDADERA.

qué cacerola más monona, ¿no?

e) La energía del sistema disminuye, su entropía aumenta, la energía del universo no cambia y su entropía aumenta.
	Ya lo dije antes... si el enfriamiento es reversible (algo francamente ridículo) la variación de entropía del universo es nula. Entonces FALSO.

f) La energía y la entropía del medio exterior aumentan, la energía del universo no cambia y su entropía aumenta.

Bueno, es FALSO por lo mismo que la anterior... pero vamos a hacer algo más útil. Pasemos en limpio todo lo dicho:

	energía	entropía
cacerola	*ΔU < 0*	*ΔS < 0*
medio	*ΔU > 0*	*ΔS >0*
universo	*ΔU = 0*	ΔS = 0 *

* La parte loca de este ejercicio es pretender que una cacerola puede enfriarse reversiblemente. Pero respondimos en base a esa condición. Si se te ocurre una forma de lograr un enfriamiento así contámelo (que me lleno de guita).