FISICA - Ciclo Termodinámico
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FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II – – – NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO JOHN E. MAMANI M. JOHN E. MAMANI M. JOHN E. MAMANI M. JOHN E. MAMANI M. Preparación al más alto nivel académico Preparación al más alto nivel académico Preparación al más alto nivel académico Preparación al más alto nivel académico 1 1 1 2DA. LEY DE LA TERMODINÁMICA Sustenta la manera natural de la propagación del calor: del cuerpo caliente al cuerpo frío. Eficiencia de una máquina térmica: C W n Q = = = F C Q n 1 Q = - = - = - = - C F Q W Q = + = + = + = + Ciclo de Carnot: Es el ciclo de máxima eficiencia, constituido por dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos. Proceso 1 – 2 : Expansión isotérmica Proceso 2 – 3 : Expansión adiabática Proceso 3 – 4 : Compresión isotérmica Proceso 4 – 1 : Compresión adiabática Eficiencia máxima para el ciclo de Carnot: F T : Temperatura del foco frío C T : Temperatura del foco caliente Relación de Kelvin: F F C C T Q T Q = = = PROBLEMAS DE CLASE PROBLEMA 01 Encontrar la eficiencia de una maquina de Carnot cuyo foco caliente tiene una temperatura de 127ºC y su foco frió 27ºC. a) 0,20 b) 0,25 c) 0,30 d) 0,35 e) 0,40 PROBLEMA 02 Cual es la temperatura de foco frío de una maquina de Carnot cuya temperatura alta es 400K y su eficiencia es el 50% a) 100K b) 200K c) 300K d) 400K e) 500K PROBLEMA 03 Una maquina térmica de Carnot, tiene un rendimiento del 50% cuando la temperatura de foco frió es 27ºC. Si se desea elevar su rendimiento hasta el 70% manteniendo constante la temperatura del foco caliente; la temperatura de foco frió: a) aumenta 120ºC b) disminuye 120ºC c) aumenta 240ºC c) disminuye 100ºC e) disminuye 360ºC PROBLEMA 04 Una maquina de Carnot logra obtener un trabajo útil de 400J, con una eficiencia del 40%. Determine la cantidad de calor que pierde dicha maquina. a) 300J b) 500J c) 600J d) 1000J e) 800J ACADEMIA ACADEMIA ACADEMIA ACADEMIA PITÁGORAS PITÁGORAS PITÁGORAS PITÁGORAS FOCO CALIENTE FOCO FRÍO C Q F Q W p V 1 3 2 4 F C T n 1 T = - = - = - = - FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II – – – NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO JOHN E. MAMANI M. JOHN E. MAMANI M. JOHN E. MAMANI M. JOHN E. MAMANI M. Preparación al más alto nivel académico Preparación al más alto nivel académico Preparación al más alto nivel académico Preparación al más alto nivel académico 2 2 2 PROBLEMA 05 Cuanto debe ser la temperatura del foco caliente en una maquina de Carnot, para que su eficiencia sea del 75%, Siendo la temperatura del foco frío -23ºC. a) 627ºC b) 627K c) 727K d) 727ºC e) 1000ºC PROBLEMA 06 Una maquina térmica de Carnot tiene un rendimiento del 80% cuando la temperatura del foco caliente es 287ºC. Debido a desperfectos el rendimiento decae a un 60%; determine la temperatura final del foco caliente si la temperatura del foco frió se mantiene constante. a) 7K b) 27K c) 7ºC d) 27ºC e) -7ºC PROBLEMA 07 Una maquina térmica de Carnot, cuyo rendimiento es el 70% realiza un trabajo útil de 210J. Hallar la cantidad de calor que pierda dicha maquina. a) 90J b) 40J c) 30J d) 50J e) 60J PROBLEMA 08 Si el rendimiento de una maquina térmica de Carnot es 60%, determine el trabajo realizado si Q B = 60J a) 90J b) 120J c) 180J d) -120J e) -90J PROBLEMA 09 Sabiendo el esquema mostrado, corresponde a una máquina térmica que cumple el ciclo de Carnot. Determine el trabajo realizado por dicha máquina. a) 600J b) 700J c) 500J d) 800J e) 1500J PROBLEMA 10 Determinar el trabajo realizado por la maquina térmica de Carnot representada en le esquema. a) -70J b) 140J c) -140J d) 70J e) 210J PROBLEMA 11 Sabiendo que el esquema mostrado corresponde a una maquina térmica de Carnot, determine “T B ” a) 1237ºC b) 1227ºC c) 1227K d) 1237K e) 1500ºC PROBLEMA 12 Del grafico mostrado presenta dos maquinas de Carnot en serie cuyas eficiencias son iguales. Determine el valor de T. a) 400K b) 800K c) 600K d) 200K e) 100K PROBLEMA 13 Tres maquinas térmicas trabajan en serie tal como se indica en la figura; si los rendimientos de cada maquina son respectivamente iguales, hallar T 4 si T 1 =4; T 3 =800K. a) 80K b) 100K c) 120K d) 200K e) 150K W A Q B Q A T B T Máquina térmica W A Q 900J 500K 300K Máquina térmica W A Q 180J 227º C 87º C Máquina térmica W 500J 200J 327ºC B T Máquina térmica 1 W 800K 200K T 2 W 1 W 2 W 1 T 2 T 3 T 4 T 3 W
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FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II –––– NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO JOHN E. MAMANI M.JOHN E. MAMANI M.JOHN E. MAMANI M.JOHN E. MAMANI M.
Preparación al más alto nivel académicoPreparación al más alto nivel académicoPreparación al más alto nivel académicoPreparación al más alto nivel académico
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2DA. LEY DE LA TERMODINÁMICA
Sustenta la manera natural de la propagación del calor: del cuerpo caliente al cuerpo frío. Eficiencia de una máquina térmica:
C
W n
Q====
F
C
Q n 1
Q= −= −= −= −
C F Q W Q = += += += +
Ciclo de Carnot: Es el ciclo de máxima eficiencia, constituido por dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos. Proceso 1 – 2 : Expansión isotérmica Proceso 2 – 3 : Expansión adiabática Proceso 3 – 4 : Compresión isotérmica Proceso 4 – 1 : Compresión adiabática Eficiencia máxima para el ciclo de Carnot:
FT : Temperatura del foco frío
CT : Temperatura del foco caliente
Relación de Kelvin:
F F
C C
T Q T Q
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PROBLEMAS DE CLASE
PROBLEMA 01
Encontrar la eficiencia de una maquina de Carnot cuyo foco caliente tiene una temperatura de 127ºC y su foco frió 27ºC. a) 0,20 b) 0,25 c) 0,30 d) 0,35 e) 0,40
PROBLEMA 02
Cual es la temperatura de foco frío de una maquina de Carnot cuya temperatura alta es 400K y su eficiencia es el 50% a) 100K b) 200K c) 300K d) 400K e) 500K
PROBLEMA 03
Una maquina térmica de Carnot, tiene un rendimiento del 50% cuando la temperatura de foco frió es 27ºC. Si se desea elevar su rendimiento hasta el 70% manteniendo constante la temperatura del foco caliente; la temperatura de foco frió: a) aumenta 120ºC b) disminuye 120ºC c) aumenta 240ºC c) disminuye 100ºC e) disminuye 360ºC
PROBLEMA 04
Una maquina de Carnot logra obtener un trabajo útil de 400J, con una eficiencia del 40%. Determine la cantidad de calor que pierde dicha maquina. a) 300J b) 500J c) 600J d) 1000J e) 800J
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FOCO CALIENTE
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FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II FÍSICA II –––– NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO NIVEL PREUNIVERSITARIO JOHN E. MAMANI M.JOHN E. MAMANI M.JOHN E. MAMANI M.JOHN E. MAMANI M.
Preparación al más alto nivel académicoPreparación al más alto nivel académicoPreparación al más alto nivel académicoPreparación al más alto nivel académico
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PROBLEMA 05
Cuanto debe ser la temperatura del foco caliente en una maquina de Carnot, para que su eficiencia sea del 75%, Siendo la temperatura del foco frío -23ºC. a) 627ºC b) 627K c) 727K d) 727ºC e) 1000ºC
PROBLEMA 06
Una maquina térmica de Carnot tiene un rendimiento del 80% cuando la temperatura del foco caliente es 287ºC. Debido a desperfectos el rendimiento decae a un 60%; determine la temperatura final del foco caliente si la temperatura del foco frió se mantiene constante. a) 7K b) 27K c) 7ºC d) 27ºC e) -7ºC
PROBLEMA 07
Una maquina térmica de Carnot, cuyo rendimiento es el 70% realiza un trabajo útil de 210J. Hallar la cantidad de calor que pierda dicha maquina. a) 90J b) 40J c) 30J d) 50J e) 60J
PROBLEMA 08
Si el rendimiento de una maquina térmica de Carnot es 60%, determine el trabajo realizado si QB = 60J a) 90J b) 120J c) 180J d) -120J e) -90J
PROBLEMA 09
Sabiendo el esquema mostrado, corresponde a una máquina térmica que cumple el ciclo de Carnot. Determine el trabajo realizado por dicha máquina. a) 600J b) 700J c) 500J d) 800J e) 1500J
PROBLEMA 10
Determinar el trabajo realizado por la maquina térmica de Carnot representada en le esquema. a) -70J b) 140J c) -140J d) 70J e) 210J
PROBLEMA 11
Sabiendo que el esquema mostrado corresponde a una maquina térmica de Carnot, determine “TB” a) 1237ºC b) 1227ºC c) 1227K d) 1237K e) 1500ºC
PROBLEMA 12
Del grafico mostrado presenta dos maquinas de Carnot en serie cuyas eficiencias son iguales. Determine el valor de T. a) 400K b) 800K c) 600K d) 200K e) 100K
PROBLEMA 13
Tres maquinas térmicas trabajan en serie tal como se indica en la figura; si los rendimientos de cada maquina son respectivamente iguales, hallar T4 si T1=4; T3=800K. a) 80K b) 100K c) 120K d) 200K e) 150K
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AQ BQAT BT
Máquinatérmica
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AQ 900J500K 300K
Máquinatérmica
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AQ 180J227ºC 87ºC
Máquinatérmica
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Máquinatérmica
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