Primera Ley de Termodinámica Santiago Estay Díaz Física Instituto IACC 29 de octubre de 2017
Ejercicio 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.
∆E = Q - W ∆E =
1 - 2 – W
∆E = 80 – 800 – W, energía interna es cero (∆E = 0)
W = - 720 [J], calor entregado (-)
Ejercicio 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.
W=
1 - 2
W = 4000 – 800 = 3200 [J]
Ejercicio 3:
Un estanque contiene 20 litros de agua ( = 20 [kg]) que inicialmente se encuentran a temperatura ambiente ( = 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 = 46° [C] asumiendo que no hay pérdidas de ningún tipo.
Q + W = c * m * ∆ t , no hay flujo de calor ( Q = 0) W = c * m * ∆ t → W = c * m * (
W = 4190 *
)
∗° * 20 kg * 26°C, simplificar kg, °C
→ 2178800 [J]
Ejercicio 4:
Durante un día, la caldera de un buque de transporte, consume una cantidad total de combustible que genera un total 289 000 000 [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 máquina.
Q=W= ᶯ =
1 - 2, entonces 2 = 1 – Q → 289 000 000 - 108 000 000 = 181 000 000 [J]
= 108 000 000 = 0,37 → 37 % eficiencia 289 000 000
Ejercicio 5:
Determine la eficiencia de un motor tal, que por cada 100 [J] de calor que consume elimina 55 [J].
ᶯ =
− = 100 −55 = 4500 = 45 % 100 100
Ejercicio 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 = 33%, determine cuánto calor deberá consumir el motor para poder llegar arriba.
Utilizamos “ecuación de conservación de energía y t rabajo”: ( ver energía potencial) W=
= m * g * ℎ , reemplazamos lo valores y tenemos:
W = 1200 kg * 9,8
[] * 65 m
W = 764 400 [J] (trabajo realizado).
Ahora debemos relacionar el trabajo con la eficiencia, para poder determinar el calor consumido y tenemos: ᶯ =
* 100, donde Q = calor consumido y n = eficiencia
Q=
∗100 = 764 400 * 100 / 33 ᶯ
Q = 2 316 364 [J]
Ejercicio 7:
Explique, en un texto preciso, por me dio de ejemplos reales, 2 ejemplos del e xperimento de Joule; y otros 2 ejemplos, de la primera ley de la termodinámica.
Creo que como ejemplo de experimento de Joules podemos mencionar: Frotar las manos para obtener calor Frotar un palillo sobre otro, para encender fuego, son ejemplos en donde la fricción (trabajo) se transforma en calor(energía) y éste se transfiere a su entorno.
Ahora, como ejemplos de primera ley de termodinámica ( nada se destruye, solo se transforma) se puede mencionar que al realizar la acción diaria de comer, estos alimentos después de un proceso, son transformados en energía, como así también al cargar un vehículo con combustible, éste se transformará en energía y el vehículo podrá moverse.
IACC. 2017. Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de termodinámica. Semana 6