Termodinamica




TERMODINÁMICA


Práctica 4:
Rendimiento de una máquina térmica







ÍNDICE

1. Objetivo ______________________________ 3/9
2. Material necesario ______________________ 3/9
3. Introducción ___________________________ 3/9
4. Fundamento teórico _____________________ 4/9
5. Procedimiento experimental _______________ 5/9
6. Medidas, cálculos y resultados _____________ 6/97. Conclusiones ___________________________ 7/9


1. OBJETIVO
Determinar el rendimiento de una máquina térmica.

2. MATERIAL
Aparato de eficiencia térmica PASCO Modelo TD-8564
Fuente de alimentación 2,5 A - 12 V (foco caliente)
Calorímetro con baño de agua con hielo (foco frío)
Dos polímetros (óhmetro y voltímetro)
Cables de conexión.

Montaje a realizar:

3. INTRODUCCIÓN

EfectoSeebeck y Peltier
El efecto Seebeck, base de funcionamiento del Aparato de Eficiencia Térmica ha sido conocido desde los años 1800 pero sólo se ha convertido en práctica desde el reciente desarrollo de los semiconductores.
En 1821 el físico ruso-alemán Thomas Johann Seebeck descubrió que cuando se toman dos conductores metálicos distintos, con ambos extremos soldados, y sus soldaduras semantienen a temperaturas diferentes, aparece entre dichos extremos una diferencia de potencial denominada fuerza electromotriz termoeléctrica. Este fenómeno que ahora se conoce como el efecto Seebeck es la base del termopar.
Luego, en 1834, Jean-Charles-Athanase Peltier descubrió el efecto contrario del efecto Seebeck: el efecto Peltier. Cuando una corriente fluye a través de las soldaduras de lasuniones de dos metales distintos aparece un gradiente de temperatura entre ambas soldaduras, una se calienta y la otra se enfría. Este efecto puede ser utilizado como calefactor o refrigerador según el sentido de la corriente utilizada.
El Aparato de eficiencia térmica utilizado en la esta práctica exhibe ambos efectos. En este caso nos valdremos del efecto Seebeck: mantendremos ambos extremos deldispositivo a diferentes temperaturas y obtendremos una fuerza electromotriz termoeléctrica.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO
Eficiencia en un ciclo de potencia
Una máquina térmica puede estar representada por el diagrama (Fig1.) El calor absorbido por la máquina del foco caliente (soldadura caliente) es igual al trabajo realizado por la máquina (en este caso en forma de trabajo eléctrico en unaresistencia de carga – efecto Seebeck-) más el calor cedido al foco frío (soldadura fría).

La eficiencia de una máquina térmica reversible trabajando entre dos focos térmicos (ciclo de Carnot) puede escribirse como:

Donde:
Th es la temperatura del foco caliente
Tc es la temperatura del foco frío
Sin embargo, la eficiencia en una máquina térmica real (irreversible) es siempre menor y se mideaplicando directamente la definición: dividiendo el trabajo realizado entre el calor absorbido.

En este caso la fuente de alimentación es el foco caliente y su potencia es Ph = Vh · Ih
Para la resistencia de carga la potencia se puede escribir como PW = VW 2 / R
y, por tanto, la eficiencia quedaría



5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Llenar el calorímetro con el baño de hielo-agua(0ºC).
Realizar el circuito de trabajo colocando el voltímetro en la resistencia de carga de 2 ohmios, como en la imagen a continuación.
Encender la bomba, sumergir el tubo de goma (In) hasta el fondo del calorímetro y cebar con la jeringuilla el tubo de goma (Out).
Encender la fuente de alimentación, hasta lograr un voltaje de 10 V y una intensidad de 2 A.
NOTA: El aparato no debe funcionardurante más de 5 minutos con el lado caliente por debajo de 10,8 kΩ.
Dejar que el sistema alcance el equilibrio a fin de que las temperaturas calientes y frías sean constantes. Esto puede tardar de 5 a 10 minutos. Tres cantidades pueden medirse directamente con el Aparato de Eficiencia Térmica: temperaturas, el calor absorbido del foco caliente, y la potencia disipada por las resistencias de carga....