PROBLEMAS FISICA 2

1. Una barra de acero de 10cm de longitud se suelda a tope con una de cobre de 20cm de longitud. Ambas están perfectamente aisladas por sus costados, las barras tienen la misma sección transversal cuadrada de 2cm de lado, El extremo libre de la barra de acero se mantiene a 100°C, colocándolo en contacto con  hielo. Calcule la temperatura de la unión de las dos barras y la razón de fujo de calor.( kACERO=50.2 W/mK, KCOBRE = 385 W/mK)

 Solución:

La corriente de calor en las dos barras deben de ser iguales , las barras de cobre y acero tiene la misma área (A) :

HACERO=-kACEROA(T-100)/LACERO ,   HCOBRE=-KCOBREA(0-T) /LCOBRE

   →HACERO= HCOBRE →    50.2 W/mK(T-100)/0.1m = 385 W/mK(0-T)/0.2m

                                         →    T = 20.07°C

HACERO=-kACEROA(T-100)/LACERO = -50.2 W/mk (0.04m2)(20.07-100)/0.1m

                                        →   HACERO= HCOBRE = 15.9 W

1. Enterado el Rector de la UNI le hace la propuesta de darle un auto Kia Forte para que siga en la UNI, este auto tiene el motor de gasolina de 16 cilindros que tiene un volumen de desplazamiento de 8.0 L, funciona a 6900 RPM y tiene una relación de compresión de r = 20. La mezcla de aire-combustible entra a un cilindro a presión atmosférica. Durante la combustión la mezcla alcanza una temperatura de 1380°C. Calcule la potencia del motor. ¿Qué le conviene al profesor?

[pic 1]

 Solución:

Temperatura en la UNI (Lima) : TA = 22°C= 295°K

Temperatura Combustión: (B→C) : TC = 1330°C = 1603°K

[pic 2]

Frecuencia : 6800 RPM = 6800/( 60 s) = 133.3 (s-1)

 = 0.7175 [pic 3][pic 4]

[pic 5]

21k=0.5

K=0.023

VA=22k=0.506 L = 5.06 X 10-4 m3

VB=k=0.023 L =  0.23X 10-4 m3

Hallando Temperaturas:

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

 1015.75°K[pic 9]

[pic 10]

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[pic 12]

[pic 13]

Hallando la masa de la condición inicial:

[pic 14]

[pic 15]

Hallando el calor entregado y liberado

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[pic 19]

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[pic 21]

El trabajo realizado por el motor es:

[pic 22]

Finalmente hallamos la potencia del motor:

[pic 23]

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1. Un frigorífico doméstico que debe mantener el congelador a una temperatura de -18 ºC funciona con un COP igual a la tercera parte del máximo posible. La potencia consumida es de 2 kw. Puede suponerse que el ambiente que lo rodea está a una temperatura fija de 20 ºC. ¿Qué energía se está extrayendo del congelador? 

 Solución:

Ta = 273 + 20 = 293 K        COPrev = Tb / ( Ta – Tb) = 255/38 = 6.71

Tb = 273 - 18 = 255 K

COP = Qb / W = 1/3 COPrev = 6.71 / 3 = 2.24

Lo que significa que se extrae 2.24 unidades de energía del foco frío por cada energía aportada.

Qb / W = 2.24 → Qb = 2.24 * W → Q’b = 2.24 W’

Entonces la energía extraida por unidad de tiempo es:

W’ = 2 kW → Q’b = 2.24 * 2 = 4.48 kW

1. Una máquina térmica que trabaja entre dos focos térmicos a 100 K y 500 K, absorbe en cada ciclo 1000 J de calor del foco caliente. Si su rendimiento es del 20%, responder a las siguientes preguntas:

1. ¿La máquina funciona reversible o irreversiblemente? ¿Por qué?

El rendimiento de una máquina de Carnot trabajando entre los mismos focos es:

NC = 1 – (T2 / T1) = 0.8 Mayor que el de la máquina: ésta funciona irreversiblemente

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