Termodinámica temperatura, calor y primera ley de termodinámica Primera Ley de la termodinámica
Nelson Osses Pino Física Instuto IACC 14 1! " #!1$
Desarrollo INSTRUCCIONES: %esuel&a los si'uientes e(ercicios, ar'umentando )sicamente la resoluci*n matemáca+
Ejercicio 1:
o-re un estan.ue de aceite se /ace un tra-a(o de 800 [J] con un motor con aspas con el 0n de su-ir su temperatura+ l proceso es reali2ado -a(o el sol, y 0nalmente, el incremento de la ener'ía del aceite es de 80 [J], determine el calor entre'ado por el sol+
Q = diferencia de energia - W Entonces; Q = (80-800) [J] Q = -720[J] entonces podemos decir qe e! ca!or cedido por e! so! a! estanqe es de -720 "o!es
Ejercicio 2:
o-re un litro de a'ua se reali2a un tra-a(o de 4000 [J]+ 3etermine cuánto aumenta la ener'ía interna del a'ua considerando .ue se disipan 800 [J] de calor+
como consecencia de !a primera !e# de !a termodin$mica% qe es !a !e# de conser&aci'n de !a energa% e! camio de energa interna% ∆ *% de n sistema es iga! a! traa"o% W% rea!i+ado sore e! sistema menos e! ca!or% Q% cedido por e! sistema,
∆*
=W-Q
∆*
= 000 J - 800 J = .200 J
/espesta, .200 J
Ejercicio 3:
n estan.ue conene #! litros de a'ua 5 = 20 [kg]6 .ue inicialmente se encuentran a temperatura am-iente 5 = 20° [C] 6+ imilar al e7perimento reali2ado por 8oule, se conecta un motor con aspas para ele&ar la temperatura del a'ua+ 3etermine cuánto es el tra-a(o reali2ado por el motor si es .ue la temperatura 0nal del a'ua es de = 46° [C] asumiendo .ue no /ay p9rdidas de nin':n po+
Q = mc∆ Q = (20 1g)(80 J31g45)((6-20)45) Q = 27.600 J e! ca!or asorido por e! aga es de 27.600 J entonces e! traa"o es W = 1Q 1 = 0%2 W = (0%2)(27.600) J W = 266 J e! traa"o mec$nico es 266 J
Ejercicio 4:
3urante un día, la caldera de un -u.ue de transporte, consume una candad total de com-us-le .ue 'enera un total 289 000 000 [J] de calor+ i el tra-a(o neto reali2ado por el motor so-re el -u.ue es de tan solo 108 000 000 [J], determine el calor disipado y la e0ciencia de la má.uina+
5a!or generado% Q = 28 000 000 J raa"o neto rea!i+ado por e! motor sore e! qe% W = 08 000 000 J 9etermine a) e! ca!or disipado = Q - W = 28 000 000 - 08 000 000 J = 8 000 000 J ) !a eficiencia de !a m$qina% : = W 3 Q = 08 000 000 J 3 28 000 000 J : = 0%.7.7 = .7%.7 /espesta, 0%.7.7 o .7%.7
Ejercicio 5:
3etermine la e0ciencia de un motor tal, .ue por cada 100 [J] de calor .ue consume elimina 55 [J]+
:= eficiencia q= ca!or entregado = 00 J q2= ca!or !ierado = J n= Q -Q23 Q n= 00- 3 00 n= 300 n= 0% 3<00 n=
Ejercicio 6:
n autom*&il de 1200 [Kg] se encuentra en reposo en la -ase de una colina+ i la colina ene un alto de 65 [m] y el motor ene una e0ciencia de = 33%, determine cuánto calor de-erá consumir el motor para poder lle'ar arri-a+
E! traa"o% W% qe dee rea!i+ar e! motor es iga! a! camio de energa potencia!% ∆E%de! atom'&i!, W = ∆E = m < g < > 3onde; m < 1#!! =' ' < >,? m@s# / < Bm
Eficiencia = (W 3 Q) < 00, donde G es el calor consumido =? Q = W < 00 3 eficiencia = 76@00 J < 00 3 .. = 2@.[email protected] J /espesta, 2@.[email protected] J
Ejercicio 7:
7pli.ue, en un te7to preciso, por medio de e(emplos reales, # e(emplos del e7perimento de 8ouleH y otros # e(emplos, de la primera ley de la termodinámica+
Ejemplo N° 1 de experimentos de Jole! *n e"emp!o qe se pede dar para este caso sera de !as >erramientas giratorias 'sea se refiere a ca!qier cosa qe rea!i+a frotaci'n% pede prodcir ro+amiento # este prodce ca!or% # as rea!i+a n traa"o # prodce ca!or
E"emp!os,
@- A! >acer n ag"ero con n ta!adro !a mec>a se ca!ienta considera!emente@ 2@- Brotarse !as manos cando >ace frio@
Ejemplo N° " de experimentos de Jole!
la ener'ía calorí0ca producida por una corriente el9ctrica al pasar por un material conductor+ 3ic/a resistencia del material se produce por.ue la intensidad el9ctrica, o corriente, es el mo&imiento de los electrones por un conductor+ stas car'as el9ctricas, al tener masa y &elocidad, poseen una ener'ía cin9ca, .ue se li-era en orma de calor cuando las car'as c/ocan contra los átomos del conductor ! Con el /ilo de co-re 5material conductor6, el circuito está cerrado y Juye corriente el9ctrica, apareciendo así el eecto 8oule+ (emplo; los termo &enladores+
Ejemplos de primera le# de la termodin$mi%a Ejemplo N°1
1.- Si se golpea un clavo con un martillo se aplica energía al martillo para que realice el trabajo de introducir el clavo en la madera, pero una parte de ésta se convierte en el calor que calienta el clavo. Ejemplo N°"
2.- En una máquina de vapor la energía que se obtiene de la combustión del carbón se convierte en trabajo para mover la máquina parte de ésta es convertida en calor.
Conclusi*n;
Puedo determinar .ue nuestro día a día está lleno de e7perimentos de 8oule y e(emplos de termodinámica, por.ue la industria está -asada en muc/as teorías y e7perimentos+ Los .ue /acen .ue nuestro mundo se desen&uel&a de me(or manera y las cosas lle'uen a tener sendo a su e7istencia, por lo .ue me parece muy interesante poder estudiar la )sica de esta orma+
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