Formas y transferencia de Energía 1.
¿Cuál es la diferencia entre las formas macroscópica y microscópica de energía?
Las formas macroscópicas de la energía son las que poseen un sistema en un conjunto con respecto a un marco de referencia exterior; las formas microscópicas de energía, por el contrario, son los relacionados con la estructura molecular de un sistema y el grado de la actividad molecular y son independientes del exterior. 2.
¿Qué es la energía total? Nombre las distintas formas de energía que constituyen la energía total.
Todas las formas juntas de la energía forman la energía total; se constituyen constitu yen con la energía magnética, eléctrica, de superficie y de tensión. 3.
¿Cuáles son las energías que componen la energía interna?
Compone la energía latente, energía sensible (cinética), energía química, energía nuclear. 4.
¿Cómo se relacionan entre sí el calor, la energía interna y la energía térmica?
La energía térmica es la forma sensible y latente de la energía interna y se conoce como calor en la vida diaria. 5.
¿Qué es energía mecánica? ¿En qué difiere de la energía térmica? ¿Cuáles son las formas de energía mecánica en un flujo?
La energía mecánica es la forma de energía que se puede convertir en trabajo mecánico completo y directamente por un dispositivo mecánico tales como las hélices. Se diferencia de la energía térmica en que puede convertirse en trabajo. 6.
¿En qué formas puede la energía cruzar las fronteras de un sistema cerrado?
La energía en forma de calor o trabajo puede cruzar la frontera de un sistema cerrado. 7.
¿Cuándo es calor la energía que cruza las fronteras de un sistema cerrado, y cuándo es trabajo?
Cuando la temperatura aumenta y rebasa los puntos críticos del material del sistema cerrado es calor en energía.
El trabajo es una interaccion de energía que ocurre entre un sistema y sus alrededores que se origina por algo distinto a una diferencia de temperatura, es una transferencia de energía relacionada a una fuerza que actúa a lo largo de una distancia.
8.
¿Qué es un proceso adiabático? ¿Qué es un sistema adiabático?
Proceso adiabático: Es un proceso en el cual no hay transferencia de calor con el exterior. Sistema adiabático: En sistema adiabático es en donde la transferencia de mecanismos de energía (calor, trabajo y flujo másico) es cero. 9.
Puede cambiarse la longitud de un resorte a) aplicándole una fuerza o b) cambiando su temperatura (por dilatación térmica). ¿Qué tipo de interacción energética entre el sistema (el resorte) y sus alrededores se requiere para cambiar su longitud en esas dos formas?
a) Aplicando una fuerza: Esto es cierto siempre y cuando la fuerza se mantenga dentro del límite elástico: si necesita un intercambio de trabajo el cual produzca el cambio de longitud. b) Cambiando su temperatura: A través de esta forma también podemos cambiar la longitud del resorte, habiendo una entrada de calor el cual produzca la dilatación. 10.
Un refrigerador eléctrico está en un recinto. Determine la dirección de las interacciones de trabajo y de calor (entra o sale energía) cuando se considera que el sistema es el siguiente: a) el contenido del refrigerador, b) todas las partes del refrigerador, incluyendo el contenido, y c) todo lo que está dentro del recinto, durante un día invernal. a)
El contenido del refrigerador, al estar en dos temperaturas, mientras se va
equilibrando; el contenido desprende calor por el cambio. b) La conservación de la energía requiere que la energía contenida en la habitación aumente en la misma cantidad a la de la energía eléctrica que entra al refrigerador. El refrigerador o su motor no almacenan esta energía; por lo tanto, debe hallarse en el aire de la habitación y se manifestará como un aumento en la temperatura de éste, incremento que se calcula con base en el principio de
la conservación de la energía, considerando las propiedades del aire y la cantidad de energía eléctrica consumida. c) La pérdida o ganancia de calor a través de ellas es insignificante, ya que tanto el refrigerador como el de la habitación, ambas con temperatura bajas, pero distintas, buscan un equilibrio. 11.
Algunas de las formas de transferencia de energía por trabajo son:
Trabajo de flecha, trabajo de resorte, trabajo de frontera móvil. 12.
Para un ciclo, ¿el trabajo neto es necesariamente cero? ¿Para qué clase de sistemas será éste el caso?
El trabajo neto no necesariamente es cero para un ciclo, esto solo sucede en el caso de sistemas adiabáticos. 13.
¿Cuáles son los diferentes mecanismos para transferir energía a o desde un volumen de control?
La energía puede ser transferida desde o hacia un volumen de control en forma de trabajo en flecha, trabajo eléctrico, frontera móvil, trabajo en resorte. 14.
En un día cálido de verano, un estudiante pone en marcha su ventilador cuando sale de su habitación por la mañana. Cuando regrese por la tarde, ¿el cuarto estará más caliente o más fresco que los cuartos vecinos? ¿Por qué? Suponga que todas las puertas y ventanas se mantienen cerradas.
15.
¿Qué es eficiencia mecánica? ¿Qué significa una eficiencia mecánica de 100 por ciento en una turbina hidráulica?
16.
¿Es siempre cero el trabajo de la frontera asociado con los sistemas de volumen constante?
17.
Un gas ideal se expande de un estado especificado hasta un volumen final fijo dos veces, primero a presión constante y después a temperatura constante. ¿Para cuál caso el trabajo efectuado es mayor?
18.
Demuestre que 1 kPa · m3 _ 1 kJ.
19.
Defina los flujos másico y volumétrico. ¿Cómo se relacionan entre sí?
Tasa de flujo másico: Es la cantidad de masa que pasa por una sección transversal por unidad de tiempo ().
Tasa de flujo volumétrico: Es el volumen de fluido que pasa por una sección transversal por unidad de tiempo ( ).
** 20.
¿Cuándo es estacionario el flujo que pasa por un volumen de control?
21.
¿La cantidad de masa que entra a un volumen de control tiene que ser igual a la cantidad de masa que sale durante un proceso de flujo no estacionario?
22.
Considere un dispositivo con una entrada y una salida. Si los flujos volumétricos en la entrada y en la salida son iguales, ¿el flujo por este dispositivo es necesariamente estable? ¿Por qué?
23.
¿Cuáles son los diferentes mecanismos para transferir energía hacia o desde un volumen de control?
24.
¿Qué es energía de flujo? ¿Poseen energía de flujo los fluidos en reposo?
25.
¿Cómo se comparan las energías de un fluido que fluye y un fluido en reposo? Describa las formas específicas de energía asociada en cada caso.
26.
Un sistema de flujo estacionario ¿puede implicar un trabajo de la frontera?
27.
Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye la energía cinética del fluido al desacelerarlo. ¿Qué sucede con esa energía cinética perdida?
28.
La energía cinética de un fluido aumenta a medida que se acelera en una tobera adiabática. ¿De dónde procede esa energía cinética?
29.
5-28C ¿Es deseable transferir calor hacia o desde el fluido, cuando pasa por una tobera? ¿Cómo afectará la transferencia de calor a la velocidad del fluido en la salida de la tobera?
30.
Una turbina adiabática está trabajando en estado estacionario. ¿Debe ser igual el trabajo efectuado por la turbina, a la disminución de la energía del vapor que pasa por ella?
31.
Un compresor de aire trabaja en estado estacionario. ¿Cómo compararía usted el de flujo volumétrico a la entrada y a la salida del compresor?
32.
¿Aumentará la temperatura del aire al comprimirlo en un compresor adiabático?
33.
Alguien propone el siguiente sistema para enfriar una casa durante el verano: comprimir el aire exterior normal, dejarlo enfriar a la temperatura del exterior, pasarlo
por una turbina e introducirlo en la casa. Desde el punto de vista termodinámico ¿es lógico el sistema que se propone? 34.
Describa un proceso imaginario que satisfaga la primera ley pero que viole la segunda ley de la termodinámica.
35.
Describa un proceso imaginario que satisfaga la segunda ley pero viole la primera ley de la termodinámica.
36.
Describa un proceso imaginario que viole tanto la primera como la segunda leyes de la termodinámica.
37.
Un experimentador asegura haber subido la temperatura de una pequeña cantidad de agua a 150 °C transfiriendo calor de vapor a alta presión a 120 °C. ¿Es ésta una aseveración razonable? ¿Por qué? Suponga que no se usa en el proceso ni refrigerador, ni bomba de calor.
38.
¿Qué es un depósito de energía térmica? Dé algunos ejemplos.
39.
Considere el proceso de hornear papas en un horno convencional. ¿Se puede considerar el aire caliente del horno como un depósito térmico? Explique.
40.
Considere la energía generada por un televisor. ¿Cuál es una selección adec uada para depósito de energía térmico?
CAPÍTULO 6 Máquinas térmicas y eficiencia térmica 41.
¿Es posible que una máquina térmica opere sin rechazar ningún calor de desecho a un depósito de baja temperatura? Explique.
42.
¿Cuáles son las características de todas las máquinas térmicas?
43.
¿Cuál es la expresión de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica?
Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo. 44.
¿Una máquina térmica que tiene una eficiencia térmica de 100 por ciento viola necesariamente a) la primera ley y b) la segunda ley de la termodinámica? Explique.
45.
En ausencia total de fricción y de otras irreversibilidades, ¿puede una máquina térmica tener una eficiencia de 100 por ciento? Explique.
Una maquina térmica no puede tener una eficiencia de 100 %, porque tienen una limitación que se aplica a las maquinas térmicas ideales y reales.
46.
Considere una cacerola de agua que se calienta a) colocándola en una parrilla eléctrica y b) colocando un elemento calentador en el agua. ¿Cuál de los dos métodos es la manera más eficiente de calentar el agua? Explique.
47.
¿Qué es Entropía?
Un significado exacto de entropía no existe, sin embargo, se puede definir que es una medida cuantitativa de desorden microscópico para un sistema o la variación del cambio de energía. 48.
¿Cuál es la tercera ley de la termodinámica?
No se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. Sucintamente, puede definirse como: Al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se detiene. Al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante.
