EXPERIMENTO No 10: CICLO DE CARNOT

1. EXPERIMENTO No 10: CICLO DE CARNOT

2. OBJETIVO

• Visualizar y analizar la evolución de los procesos en un ciclo de Carnot.

• Calcular los valores de W, Q en cada etapa del ciclo y la eficiencia del

ciclo.

3. TEORÍA

CICLO TERMODINÁMICO

Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial, por ejemplo un gas contenido en un cilindro con pistón. Durante esta evolución, el gas al interactuar con su medio exterior puede absorber o ceder calor así también puede intercambiar trabajo, es decir el gas puede expandirse o el medio exterior puede comprimirlo.

En un ciclo termodinámico las energías internas inicial y final coinciden: Ui = Uf

Por la 1a Ley de la termodinámica:

U = Q - W (1)

Se obtiene Qciclo = Wciclo

Siendo Qciclo = Qh – Qc = calor neto absorbido en el ciclo

El trabajo total en todo el ciclo es igual al área encerrada en el diagrama pV. Ver fig. 1

Wciclo = Qh – Qc

MÁQUINAS TÉRMICAS

Son dispositivos que sirven para convertir el calor en trabajo. Una máquina térmica trabaja en un ciclo termodinámico.

La maquina absorbe el calor Qabs de una fuente a alta temperatura TH y desecha o cede el calor Qced a otra fuente de menor temperatura TC.

Eficiencia o Rendimiento Térmico (e)

Si Qabs = Qh y Qced = Qc la eficiencia de la maquina e esta definida por

(2)

Máquina de Carnot

Es una máquina térmica que trabaja con dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos.

La eficiencia de Carnot es la máxima eficiencia ideal que se puede obtener con cualquier otra máquina trabajando bajo las dos mismas fuentes de calor.

Tramo AB Tramo BC

Expansión isotérmica Expansión adiabática

Qh > 0 (absorbe calor) QBC = 0

U = UB –UA = 0 U = UC-UB = ncVΔT

WAB = nRThLn > 0 WBC = - U > 0

(3)

Tramo CD Tramo DA

Compresión isotérmica Compresión adiabática

Qc<0 (libera calor) QDA = 0

U = UD-UC = 0 U = UA-UD > 0

WCD = nRTcLn < 0 WDA = - U < 0

(4)

Eficiencia de la máquina de Carnot

e = 1 - = 1 - (5)

[T] = k

4. PROCEDIMIENTO

CARGUE EL PROGRAMA CORRESPONDIENTE AL EXPERIMENTO

I. CÁLCULO DEL TRABAJO, CALOR Y EFICIENCIA

• Inicie el programa presionando en Empieza

Tome los datos de la pantalla y complete el siguiente cuadro

Variable A B C D

Temperatura (K)

Volumen (l)

Presión (atm)

a) Usando la ecuación del gas ideal, determine el número de moles.

n =

b) Calcule el trabajo y el calor absorbido en el proceso AB, utilizando la ecuación (3) y la 1ra ley de la termodinámica ecuación (1).

W (J) =

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