Ayudantia Termodinamica

AYUDANTÍA 29 de Agosto de 2012
Profesor: Sergio Rozas – Ayudante: Roberto López (roberto.lopez@usach.cl)
1. Un dispositivo cilindro – émbolo vertical contiene Helio (He) confinado por un émbolosin fricción de 150 kg de masa. Durante un intervalo de 3 minutos, una resistencia eléctrica
situada dentro del cilindro aporta un trabajo de 48 W al émbolo. Si el calor cedido por el
gas es de 5,8 kJy la variación de la energía interna del gas es 2,4 kJ, determine la distancia
que se desplaza el émbolo, en cm. El área del émbolo es 30 cm2 y la presión atmosférica
que actúa en el exterior delémbolo es 960 mbar y la gravedad local es 9,8 m/s2.

Weléctrico − Q = ∆U + W fr

1ª Ley:

Weléctrico ⋅ t − Q = ∆U + Pg ⋅ ∆V
Pg ⋅ A = P0 ⋅ A + W

Condición de equilibrio:

Pg = P0 +Entonces,

W
m⋅g
= P0 +
A
A

m⋅g 

Weléctrico ⋅ t − Q = ∆U +  P0 +
 ⋅ ∆V
A 



→

∆V =

Weléctrico ⋅ t − Q − ∆U
m⋅ g
P0 +
A
1J / s
− 5800 J − 2400 J
1W
150 ⋅ 9,8  Nm

96000 +

3 ⋅ 10 −3  m 2 ⋅ m


48W ⋅ 180s ⋅
∆V =

Pero el volumen es:

∆y =


→

∆V = A ⋅ ∆y

∆V 760 cm 3
=
A
30 cm 2


→

∆y =

∆y = 25 cm

∆V
A

∆V ≅ 0,79litros

2. Una casa con calentamiento solar pasivo, pierde calor al ambiente, a una tasa promedio
de 50.000 kJ/h; se mantiene siempre a 20 ºC durante una noche invernal, durante 10 h. La
casa se va acalentar con 50 recipientes de vidrio y cada uno de ellos contiene 20 kg de
agua que se calienta durante el día hasta 80 ºC absorbiendo energía solar, Cada recipiente
aporta a la casa 250,8 kJ decalor por cada kg de agua. Hay un calentador eléctrico de
respaldo, controlado por termostato, de 15 kW, que se enciende cuando es necesario para
mantener la casa a 20 ºC. Además, todos losartefactos eléctricos junto con las personas
generan dentro de la casa 2 kW de calor. a) ¿Cuánto tiempo trabaja el sistema eléctrico esa
noche? b) ¿Cuánto tiempo trabajaría el calentador eléctrico esa...