Trabajo de sistema
Páginas: 7 (1735 palabras)
Publicado: 6 de julio de 2011
Ciclo de Carnot: Es un ciclo reversible que se representa en un diagrama p – v (presión en función del volumen) que si bien tiene sus limites en la capacidad que posee un sistema en convertir calor en trabajo, es utilizado en máquinas que usan vapor o una mezcla de combustible (con aire u oxígeno).
a – b: El gas está en un estado de equilibrio inicial representado por p1, V1, T1 dentro delcilindro anteriormente descrito. Dejamos que el gas se dilate lentamente hasta p2, V2, T1. durante el proceso el gas absorbe energía calórica Q1. La dilatación es isotérmica a T1 y el gas trabaja elevando al pistón y a su carga.
b – c: Ponemos el cilindro sobre una base no conductora y permitimos que el gas se dilate hasta p3, V3, T2. La dilatación es adiabática por que no entra ni sale calor delsistema. El gas efectúa un trabajo elevando el émbolo y su temperatura disminuye hasta T2.
c – d: Ponemos el cilindro sobre un deposito de calor (más frío) T2 y comprimimos el gas lentamente hasta p4, V4, T2. Durante ese proceso se transfiere una determinada cantidad de energía calórica Q2 del gas al depósito. La compresión es isotérmica a T2 y se efectúa trabajo sobre el gas a través del pistón y desu carga.
d – a: Ponemos al cilindro en un soporte no conductor y comprimimos lentamente hasta su posición inicial p1, V1, T1. La compresión es adiabática, se efectúa trabajo sobre el gas y su temperatura se eleva hasta T1.
El trabajo neto W efectuado por el sistema durante el ciclo está representado por el área encerrada en la trayectoria abcd. La cantidad de energía calórica neta recibida porel sistema se obtiene por la diferencia entre Q2 y Q1.
Como el estado inicial y final es el mismo, no hay cambio en la energía interna U del sistema. Por lo tanto, según la primera ley de termodinámica: W = Q1 – Q2.
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Ciclo de Carnot
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Esquema de una máquina de Carnot. La máquina absorbe calor desde la fuente caliente T1y cede calor a la fría T2 produciendo trabajo.
Elciclo de Carnot se produce cuando una maquina trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por
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y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura.Unamáquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquinafrigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente, bomba de calor.
El ciclo de Carnot
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Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y elvolumen.
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Diagrama del ciclo de Carnot en función de la temperaturay la entropía.
El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante) y dos adiabáticos (aisladostérmicamente). Las aplicaciones del Primer principio de la termodinámica están escritos acorde con el Criterio de signos termodinámico.
1. Expansión isoterma: (proceso 1 → 2 en el diagrama) Se parte de una situación en que el gas se encuentra al mínimo volumen del ciclo y a temperatura T1 de la fuente caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, haciendoque el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1 y mantiene su temperatura constante. Al tratarse de un gas ideal, al no cambiar la temperatura tampoco lo hace su energía interna, y despreciando los cambios en la energía potencial y la cinética, a partir de la 1ª ley de la termodinámica vemos que todo el calor transferido es convertido en trabajo:
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a – b: El gas está en un estado de equilibrio inicial representado por p1, V1, T1 dentro delcilindro anteriormente descrito. Dejamos que el gas se dilate lentamente hasta p2, V2, T1. durante el proceso el gas absorbe energía calórica Q1. La dilatación es isotérmica a T1 y el gas trabaja elevando al pistón y a su carga.
b – c: Ponemos el cilindro sobre una base no conductora y permitimos que el gas se dilate hasta p3, V3, T2. La dilatación es adiabática por que no entra ni sale calor delsistema. El gas efectúa un trabajo elevando el émbolo y su temperatura disminuye hasta T2.
c – d: Ponemos el cilindro sobre un deposito de calor (más frío) T2 y comprimimos el gas lentamente hasta p4, V4, T2. Durante ese proceso se transfiere una determinada cantidad de energía calórica Q2 del gas al depósito. La compresión es isotérmica a T2 y se efectúa trabajo sobre el gas a través del pistón y desu carga.
d – a: Ponemos al cilindro en un soporte no conductor y comprimimos lentamente hasta su posición inicial p1, V1, T1. La compresión es adiabática, se efectúa trabajo sobre el gas y su temperatura se eleva hasta T1.
El trabajo neto W efectuado por el sistema durante el ciclo está representado por el área encerrada en la trayectoria abcd. La cantidad de energía calórica neta recibida porel sistema se obtiene por la diferencia entre Q2 y Q1.
Como el estado inicial y final es el mismo, no hay cambio en la energía interna U del sistema. Por lo tanto, según la primera ley de termodinámica: W = Q1 – Q2.
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Ciclo de Carnot
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Esquema de una máquina de Carnot. La máquina absorbe calor desde la fuente caliente T1y cede calor a la fría T2 produciendo trabajo.
Elciclo de Carnot se produce cuando una maquina trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido, como en todo ciclo, por
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y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura.Unamáquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquinafrigorífica, y si es aportar calor a la fuente caliente, bomba de calor.
El ciclo de Carnot
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Diagrama del ciclo de Carnot en función de la presión y elvolumen.
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Diagrama del ciclo de Carnot en función de la temperaturay la entropía.
El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante) y dos adiabáticos (aisladostérmicamente). Las aplicaciones del Primer principio de la termodinámica están escritos acorde con el Criterio de signos termodinámico.
1. Expansión isoterma: (proceso 1 → 2 en el diagrama) Se parte de una situación en que el gas se encuentra al mínimo volumen del ciclo y a temperatura T1 de la fuente caliente. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1, haciendoque el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T1 y mantiene su temperatura constante. Al tratarse de un gas ideal, al no cambiar la temperatura tampoco lo hace su energía interna, y despreciando los cambios en la energía potencial y la cinética, a partir de la 1ª ley de la termodinámica vemos que todo el calor transferido es convertido en trabajo:
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