Fisica II soluciones practico 5

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Trabajo Práctico Nº5 
 
 
4. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA – CICLO DE CARNOT 
 
4.1. Una máquina térmica ideal de gas opera en un ciclo de Carnot 
entre 227°C y 127°C. Absorbe 6 x 104cal a la temperatura superior. 
¿Qué cantidad de trabajo por ciclo es capaz de ejecutar ésta 
máquina? 
 R: 50,3 x 10 3J 
 
Tendremos cuatro transformaciones 
 De A a B una expansión isotérmica 
 De B a C una expansión adiabática 
 De C a D una compresión isotérmica 
 De D a A una compresión adiabática 
 
Se realizan las siguientes consideraciones 
o En la transformación isotérmica la variación de energía interna es nula 
o En la transformación adiabática el intercambio de energía con el medio es nulo 
o Al ser un ciclo cerrado la variación de energía interna total es nula 
 
En consecuencia 
 
 
 
 
Transformación 
 
 
 
 
 
 
 
 
Transformación 
 
 
Transformación 
 
 
 
 
 
 
Transformación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reemplazando en 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tomando la transformación 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2. En un ciclo motor de Carnot la dilatación isotérmica del gas ocurre a 400K y la compresión 
isotérmica a 300K. Durante la dilatación se comunican 500cal de energía calorífica al gas. 
Determinar: a) Trabajo efectuado por el gas durante la dilatación isotérmica; b) Cantidad de calor 
expulsada por el gas durante la compresión isotérmica; c) Trabajo efectuado sobre el gas durante 
la compresión isotérmica 
 R: a) 2093J; b) 375cal; c) 1569,7J 
a) 
 
 
 
 
b) 
 
Del problema 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) 
 
 
 
 
 
4.3. En un refrigerador mecánico de Carnot los serpentines de baja temperatura se encuentran a 
– 13°C y el gas comprimido en el condensador alcanza una temperatura de 27°C. Calcular el 
coeficiente de rendimiento. 
 R: 6,5 
 
El refrigerador de Carnot recorre el ciclo de carnot en sentido antihorario 
 
 
 
 
El trabajo total estará dado por las transformaciones isotérmicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.4. Un motor de Carnot cuyo deposito frío está a 7°C tiene un rendimiento = 40%. Se desea 
aumentar el mismo a 50%. ¿Cuál será la temperatura del foco caliente en cada caso? 
 R: 193,6°C (40%), 287°C (50%) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.5. Una máquina frigorífica de Carnot debe tomar el calor de 100kg de agua que están a 0°C de 
manera de obtener 100kg de hielo a 0°C, cediendo el calor a la habitación que se encuentra a 
27°C. Calcular: a) Cuántas calorías son cedidas a la habitación; b) Qué trabajo se requiere; c) 
Qué potencia deberá entregar el motor de la máquina si el trabajo lo realiza en 5horas. 
R: a) 8791Kcal; b) 3,31x 106 J; c) 18,76kg/s=0,25cv=183,9W . 
 
Energía extraída para congelar 100 kg de agua 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
 
 
c) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.6. Una de las máquinas más eficientes que jamás se han construido opera entre 430°C y 
1870°C. Su eficiencia (rendimiento) actual es de 42%. Calcular: a) Cuál es su eficiencia teórica 
máxima; b) Cuál es su potencia de salida si absorbe 1,4x105J de energía calorífica cada segundo. 
 R: a) 67,2%; b) 58,8kW 
a) 
 
 
 
 
 
 
 
b)