PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA. Nombre Alumno: IVAN SERON CIFUENTES Nombre Asignatura: FISICA Instituto IACC FECHA: 07 de Agosto del 2017.-
Desarrollo INSTRUCCIONES: Resuelva los siguientes ejercicios, argumentando físicamente la resolución. Ejercicio N° 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. Desarrollo:
Conforme lo estudiado tenemos que tomar en cuenta que la energía al principio y al final es la misma a menos que se trabaje en ella, esto quiere decir que : Ef = Ei + W O bien Ef – Ei = W Traspasado en lo que estudiamos quedaría en: 80 – 800 = -720 Por lo tanto, el calo entregado por el sol es de -720 [J]
Ejercicio N° 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. Desarrollo:
En atención a lo indicado en la consecuencia de la primera Ley de termodinámica, en donde se presenta la ley de conservación de la energía, dice; que el cambio de la energía interna (AU) de un sistema es igual al trabajo, W esta realizado sobre el sistema menos el calor; y Q estaría cedido por el sistema, por lo tanto tenemos que; AE = W – Q AE = 4000 [J] – 800 [J] = 3200 [J] Por lo tanto la respuesta es = el aumento de la energía interna del agua = 3200 [J]
Ejercicio N° 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. Desarrollo:
Directamente al ejercicio témenos que : Q = m* c* AT Q = (20 [Kg]) ( 4190 J/Kg°C) (46-20)°C) Q = (20 [Kg] ( 4190 * 26) Q = ( 20 * 108940) Q = 2178800 [J] En donde el calor absorbido por el agua es de= 2178800 [J] Por lo tanto para determinar el trabajo del motor tenemos que : W = K * 2178800[J] W = 0,24 * 2178800 W = 522912 [J] Quedando el trabajo del motor en = 522912 [J]
Ejercicio N° 4
Durante un día, la caldera de un buque de transporte, consume una cantidad total de combustible que genera un total 289000000 [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 maquina Desarrollo:
Qf = 289 000 000 – 108 000 000 Qf = 181 000 000 El calor disipado seria de = 181 000 000 En tanto para determinar la eficiencia debemos Calor liberado dividido por el calor entregado o inicial esto es 108 000 000 / 289 000 000 = 0,3737 [J] Por lo tanto la eficiencia seria de = 0,3737 [J] Traducido al porcentaje esto nos da = 37,3 %
Ejercicio N° 5
Determine la eficiencia de un motor tal, que por cada 100 [J] de calor que consume elimina 55 [J]
Desarrollo
Tomando en consideración los valores Eficiencia = N Calor entregado = Q1 Calor liberado = Q2 Tenemos: N = 100 [J] – 55 [J]/ 100 N = 45/100
N = 0.45 N = 0.45 * 100% N = 45% Por lo tanto la eficiencia del motor es de un 45%
Ejercicio N° 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 n = 33%, determine cuánto calor deberá consumir el motor para poder llegar arriba.
Desarrollo
Según la formula tenemos que m = 1200 [Kg] g = 9,8 m/s^2 h = 65 m AEP = 1200 [Kg] * 9,8 m/s^2 * 65 m AEP = 1200 [Kg] * 637 m AEP = 764400 [J] Para luego poder determinar que: Q = 764400 * 100/ 33 Q = 76440000 / 33 Q = 2316363 [J] El calor consumido será de = 2316363 [J]
Ejercicio Nº 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 termodinámica.
Desarrollo
Experimento de Joule: 1.2.-
Primera Ley de Termodinámica: 1.- creo que uno de los ejemplos más básicos para esta ley, son el funcionamiento de las locomotoras a carbón, a ciencia cierta, estas funcionaban con el calor que generaba el fuego o carbón, ya que mientras más calor existía, en las calderas de este medio de transporte, este genera el humo el cual se va transformando en vapor, el que al ser liberado por las calderas o tubos de vapor, generan la velocidad necesaria para mover los gramajes de la locomotora y así el tren.
2.- también en la termo eléctrica existe una sección que va de vapor pero esta directamente trabaja con el calor generado por la velocidad de sus turbinas que mueven el agua hasta transformarla en energía eléctrica, esta acción va generando vapor en las tuberías o en las mismas secciones de generación de corriente, las cuales a medida que llegan a su temperatura máxima deben ser liberadas para asi no provocar un sobrecalentamiento y explosión de ellas.
Bibliografía
IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de termodinámica. Física. Semana 6.
