Trabajo 2 termodinamica

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PRIMERA FASE


1. Una máquina térmica realiza 200 J de trabajo en cada ciclo y tiene una eficiencia de 30%. Para cada ciclo de operación.

a) ¿cuánto calor se absorbe?
b) ¿cuánto calor selibera?


DATOS:
[pic]


SOLUCIÓN

[pic]



2. En una turbina de vapor, entra vapor a 800ºC y se libera a 120ºC.
¿Cuál es la eficiencia (máxima) de esta turbina?


SOLUCIÓN:

[pic]3. El rendimiento de un motor de Carnot es del 40% y al foco frío que se encuentra a 300 K le cede 20000 J.

Calcula:

a) La temperatura del foco caliente.

η = (Tc − Tf) / Tc = 1 − Tf / Tcη representa el rendimiento
Tf = 300K
Tc la temperatura del foco caliente,

despejamos

Tc = Tf / (1 − η) = 300 K / (1 − 0.4) = 300 K / 0.6 = 500 K.

b) La cantidad de energía que extraedel foco caliente.

η = (Qc − Qa) / Qc = 1 − Qa / Qc
Qc es el calor cedido (por el foco calilente, evidentemente)
Qa es el calor absorbido (por el foco frío). Una idéntica manipulación de lasliterales arroja

Qc = Qa / (1 − η) = 20 000 J / 0.6 = 33 333.333... J

c) El trabajo que es capaz de realizar dicho motor.

El calor cedido es igual al trabajo más el calor absorbido (conservaciónde la energía): Qc = W + Qa


W = Qc − Qa ≈ 33 333 − 20 000 J ≈ 13 333 J.


d) La entropía perdida o ganada por cada foco, así como la variación de
entropía del universo.

dS = dQ / T

∫ dS= ∫ dQ / T.


Como la temperatura en cada foco es constante,
S = ∫ dS = 1/T ∫ dQ = Q / T.
Para el foco caliente: se ceden 33 333 J aprox. de calor, a 500 K; por tanto, S = −33 333 J / 500 K =−66.666... J/K.

El foco frío absorbe (gana) 20 000 J, a 300 K; S = 20 000 J / 300 K = 66.666... J/K.

La entropía simplemente es transferida del foco caliente al frío; lo que gana uno, lo pierde elotro; por lo tanto, la entropía del universo, en este caso, no aumenta.



















SEGUNDA FASE

Guía de ejercicios propuestos


1. El calor cedido a la fuente de...
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