Control Semana 6 : Primera Ley de la termodinámica.

Control Semana 6 : Primera Ley de la termodinámica.

Patricia Alejandra Muñoz Mejías

FISICA

Instituto IACC

Julio, 2019

[pic 1]

[pic 2]

INSTRUCCIONES: Resuelva los siguientes ejercicios, argumentando físicamente la resolución matemática.

∙ Ejercicio 1:

Sobre un estanque de aceite se hace un trabajo de 800 [J] con un motor con aspas con el fin de subir su temperatura. El proceso es realizado bajo el sol, y finalmente, el incremento de la energía del aceite es de 80 [J], determine el calor entregado por el sol.

Tenemos:

Q = la diferencia de energía -W

Por lo tanto Q = (80 -800) J

Q =  -720 J

Finalmente el calor recibido por el estanque desde el sol son - 720 J.

 ∙ Ejercicio 2: Sobre un litro de agua se realiza un trabajo de 4000 [J]. Determine cuánto aumenta la energía interna del agua considerando que se disipan 800 [J] de calor.

∆E = Q – W

∆E = 4000 J – 800 J = 3200 J

R= Aumenta 3200 Joules

 ∙ Ejercicio 3: Un estanque contiene 20 litros de agua (𝑚 = 20 [kg]) que inicialmente se encuentran a temperatura ambiente (𝑇 = 20° [C]). Similar al experimento realizado por Joule, se conecta un motor con aspas para elevar la temperatura del agua. Determine cuánto es el trabajo realizado por el motor si es que la temperatura final del agua es de 𝑇 = 46° [C] asumiendo que no hay pérdidas de ningún tipo.

Al no existir flujo de calor, aplicamos la siguiente fórmula:

Q =  m*c* ∆T

Q =  (20 kg ) * (4180 J/kg°c)(46-20)°c)

Q = 2173600 Joules el cual corresponde al calor que absorbió el agua.

Por lo tanto para el trabajo:

W = Kq

K= 0,24

W = (0,24) (2173600)J

W = 521664 Joules  el cual corresponde al trabajo mecánico ejercido por el motor.

∙ Ejercicio 4: Durante un día, la caldera de un buque de transporte, consume una cantidad total de combustible que genera un total 289 000 000 [J] de calor. Si el trabajo neto realizado por el motor sobre el buque es de tan solo 108 000 000 [J], determine el calor disipado y la eficiencia de la máquina.

W = Q1-Q2

W = 289 000 000 [J] - 108 000 000 [J]

W = 181000000 [J]

n = Q1 –Q2[pic 3]

           Q1

n = 289 000 000 [J] - 108 000 000 [J][pic 4]

                      289 000 000 [J]

n = 0.626 * 100 %

n = 62.6 % de eficiencia.

∙ Ejercicio 5: Determine la eficiencia de un motor tal, que por cada 100 [J] de calor que consume elimina 55 [J].

n = Q1 –Q2[pic 5]

           Q1

n = 100 [J] - 55 [J].[pic 6]

              100 [J]

n = 0.45 * 100%

n =  45 % de eficiencia del motor.

∙ Ejercicio 6: Un automóvil de 1200 [Kg] se encuentra en reposo en la base de una colina. Si la colina tiene un alto de 65 [m] y el motor tiene una eficiencia de 𝜂 = 33%, determine cuánto calor deberá consumir el motor para poder llegar arriba.

n= 33%

M=1200 Kg

H= 65 m

G= 9,8 [m/s2]

U = m*g*h

U = 1200 Kg * 9,8 [m/s2] * 65m

U = 764400 J

n = Q1 –Q2[pic 7]

           Q1

W = Q1 –Q2

K = K

N = w/Q1

Q1 = 764400 J  =  2316364 [J]         Q1 = 2316364 [J][pic 8]

           0.33

 ∙ Ejercicio 7: Explique, en un texto preciso, por medio de ejemplos reales, 2 ejemplos del experimento de Joule; y otros 2 ejemplos, de la primera ley de la termodinámica.

Ejemplo 1:

Existe un experimento que se relaciona entre el calor y el trabajo.

Se realizó con un generador eléctrico sencillo, cuya fuerza motriz es un peso que se deja caer, entonces se hace pasar la corriente eléctrica generada por un cable sumergido en un contenedor con agua, la cual se calienta.

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