Ejemplo de una máquina térmica (aplicación de la segunda ley de la termodinámica)

9 ejemplos de problemas de máquinas térmicas (aplicación de la segunda ley de la termodinámica)

1. En un ciclo, un motor térmico absorbe 3000 julios de calor de un depósito a alta temperatura y libera 1000 julios de calor a un depósito a baja temperatura. ¡Determine la eficiencia del motor térmico!

Discusión
Motor térmico El término «Carnot» en las preguntas de esta página no es lo mismo que la máquina de Carnot. Una máquina de Carnot es una máquina térmica ideal y solo existe en teoría. En cambio, la máquina térmica a la que se hace referencia en esta pregunta es una máquina térmica real, no una máquina térmica teórica (la máquina de Carnot).
Es conocida :
Calor absorbido (Q_H) = 3000 julios
Calor liberado (Q_L) = 1000 julios
Trabajo producido por la máquina (W) = 3000 – 1000 = 2000 julios
Preguntó : Eficiencia de la máquina térmica (e)
Mandíbula :

2. Una máquina térmica produce 2000 julios de trabajo y disipa 500 julios de calor en un ciclo. La eficiencia de la máquina es…

Discusión
Es conocida :
Trabajo producido por la máquina (W) = 2000 julios
Calor liberado (Q_L) = 5000 julios
Calor absorbido (Q_H) = 2000 + 5000 = 7000 julios
Preguntó : Eficiencia de la máquina térmica (e)
Mandíbula :

3. El motor de un automóvil tiene una eficiencia del 30%. Si el motor produce 10 000 julios de trabajo por ciclo, ¿cuánto calor disipa el motor por ciclo?
Discusión
Es conocida :
Eficiencia (e) = 30% = 30/100 = 0,3
Trabajo producido por la máquina (W) = 3000 julios
Preguntó : El calor disipado por el motor en cada ciclo (Q_L)
Mandíbula :
Calcula el calor absorbido (Q_H) utilizando la fórmula de eficiencia (e) de una máquina térmica:
Calor disipado por ciclo (Q_L) = calor absorbido (Q_H) – trabajo generado (W)
Q_L = 10.000 julios – 3000 julios
Q_L = 7000 julios

Eficiencia de las máquinas térmicas, máquinas de Carnot

4. Una máquina térmica absorbe 3.000 julios de calor de un depósito de alta temperatura y libera 2.400 julios a un depósito de baja temperatura. La eficiencia de la máquina es…
A. 10%
B. 15%
C. 20%
D. 30%
E. 40%
Discusión :
Es conocida :
Q_H = 3000 Julios, Q_L = 2400 julios.
Preguntó :
¿Cuál es la eficiencia (e) de una máquina térmica?
Mandíbula :
La respuesta correcta es C.

5. Un motor de Carnot tiene un depósito de alta temperatura de 300 ^oC y depósito de baja temperatura 80 ^oC. La eficiencia de la máquina es…
A. 38%
B. 45%
C. 50%
D. 58%
E. 67%
Discusión :
Es conocida :
T_L = 80^oC = (80 + 273) K = 353 K
T_H = 300^oC = (300 + 273) K = 573 K
Si la temperatura se conoce en grados Celsius, debe convertirse a grados Kelvin (el Kelvin es el Sistema Internacional de Unidades de Temperatura).
Preguntó :
¿Cuál es la eficiencia (e) de una máquina de Carnot?
Mandíbula :

La respuesta correcta es A.

6. La temperatura máxima del depósito del motor de Carnot es de 600 K y su eficiencia es del 60%. Para alcanzar una eficiencia del 70%, la temperatura máxima del depósito del motor de Carnot debe ser...
A. 500 K
B. 800 K
C. 1000 K
D. 1200 K
E. 1500 K
Discusión :
Es conocida :
Datos 1: T_H = 600 K, e = 60%
Datos 2: T_H = …. K ?, e = 70 %
Preguntó :
Alta temperatura (T_H)
Mandíbula :
Utilice los datos 1 para calcular la temperatura baja (T_L).
Utilice T_L y datos 2 para calcular la temperatura alta (T_H):
Para lograr una eficiencia del 70%, la temperatura máxima es de 800 Kelvin.
La respuesta correcta es B.

7. Observa la gráfica PV del motor de Carnot que aparece a continuación. Si W = 5000 julios, entonces la cantidad de calor liberada por el motor por ciclo es...
A. 2.315 julios
B. 3.475 julios
C. 3.750 Julios
D. 5.000 Julios
E. 5.600 Julios

Discusión :
Es conocida :
W = 5000 julios
T_H = 780K
T_L = 320K
Preguntó :
Q₂ ?
Mandíbula :
Eficiencia del motor de Carnot:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (320/780) = 1 – 0,41 = 0,59
Solo el 59% del calor se utiliza para realizar trabajo. Utilice estos datos para calcular el calor absorbido por la máquina de Carnot (Q₁).
(0,59)(Q₁) = 5000 julios
Q₁ = 5000 julios / 0,59 = 8475 julios
La cantidad de calor absorbida por el motor es de 8475 julios.
La cantidad de calor liberada por el motor por ciclo:
W = Q₁ - Q₂
5000 julios = 8475 julios – Q₂
Q₂ = 8475 julios – 5000 julios
Q₂ = 3475 julios
La respuesta correcta es B.

8. ¡Observa el diagrama PV del motor de Carnot a continuación! Si el calor absorbido (Q₁) = 8000 julios, entonces el trabajo realizado por la máquina de Carnot es…
A. 1640 J
B. 4720 J
C. 5640 J
D. 6270 J
E. 8840 J

Discusión :
Es conocida :
Q₁ = 8000 XNUMX J
T_H = 820K
T_L = 380K
Preguntó :
¿W?
Mandíbula :
Eficiencia del motor de Carnot:
e = 1 – (T_L/T_H) = 1 – (380/820) = 1 – 0,46 = 0,54
Solo el 54% del calor se utiliza para realizar trabajo. Utilice estos datos para calcular el trabajo realizado por la máquina de Carnot (W).
(0,59)(8000) = 4720 julios
El trabajo realizado por la máquina de Carnot es de 4720 julios.
La respuesta correcta es B.

9. Un motor de Carnot funciona entre un depósito de calor de 520 ^oC y depósito frío 110 ^oC. Si la máquina absorbe 3000 julios de calor del depósito caliente, entonces la cantidad de calor rechazada por la máquina es...
A. 450 julios
B. 800 julios
C. 1000 minutos
D. 1200 julios
E. 1440 julios
Discusión :
Es conocida :
T_H = 520 + 273 = 793 K
T_L = 110 + 273 = 383 K
Q₁ = 3000 XNUMX J
Preguntó :
Q₂ = … ?
Mandíbula :
Eficiencia del motor de Carnot:
mi = 1 – (383/793) = 1 – 0,48 = 0,52
Utilice estos datos para calcular el trabajo realizado por el motor (W).
(0,52)(3000) = 1560 julios
El trabajo realizado por el motor es de 1560 julios.
La cantidad de calor liberada por el motor:
Q₂ = 3000 julios – 1560 julios
Q₂ = 1440 julios
El calor liberado por el motor es de 1440 julios.