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2º LEY DE LA TERMODINÁMICA:
Esta propiedad, se aplica en: Las «MAQUINAS TÉRMICAS»
Una maquina térmica es: un dispositivo que convierte el calor en energía mecánica
EJEMPLO 1: Maquina de Herón (Siglo I d.C)
EJEMPLO 2: Máquina de Watt (1770)
EJEMPLO 3: Motor de explosión (4 tiempos)
ASPECTOS COMUNES
Todas operan en ciclos, se vuelve periódicamente a las condiciones iniciales
Absorben calor de una fuente a alta temperatura (foco caliente) Realizan trabajo (W) (Transfieren energía mecánica) Liberan calor a una fuente a baja temperatura (foco frío)
ESQUEMA DE UNA MAQUINA TÉRMICA
Eficiencia de una máquina térmica: Relación entre el trabajo realizado W (energía transferida) y el calor consumido Q1
Analizando el esquema de una máquina térmicaEncontramos otra expresión para la eficiencia
Un rendimiento de 0,6 o 60% significa que la máquina transforma en trabajo W, el 60% de todo el calor que ingresa
EJEMPLOS:1.- La eficiencia de una máquina es de 20 % y realiza un trabajo de 500 cal. Determina:a) ¿Cuanto calor recibe de la
fuente caliente?b) ¿Cuanto calor cede a la fuente
fría?
2.- Una maquina termina absorbe 200 cal y libera 80 cal al entorno. Determina:
c) El trabajo efectuadod) La eficiencia de la maquinae) Si demora 2 minutos y 48
segundos por ciclo. Determina la potencia de salida
EJERCICIOS
Observación:
Otra forma de expresar la segunda ley de la termodinámica:
Enunciado de las máquinas:
Es decir, es imposible construir una maquina que tenga una eficiencia igual al 100 % o 1
MAQUINA IDEAL (CICLO DE CARNOT)
El ingeniero francés Sadi Carnot en 1184 , estudio las maquinas térmicas y propuso «la forma más eficiente de realizar un ciclo»
Las maquinas que operan en dichas condiciones se denominan «maquina de Carnot»
Determinar la eficiencia de una maquina en base a las relaciones de los calores de entrada y salida Q1 y Q2 resulta muy complicado en la practica:
La eficiencia de una maquina
de Carnot se determina:
EJEMPLO: Una maquina de Carnot opera entre dos fuentes de calor a 400 y 300 K
a)¿Cuál es la eficiencia de la maquina?b)Si la maquina absorbe 800 cal. ¿Cuánto trabajo
realiza en cada ciclo?c) ¿Cuánto calor es cedido a la fuente fría?
EJERCICIOS
1.- Una maquina de Carnot toma de la fuente caliente 200 cal y opera entre dos fuentes cuyas temperaturas son 800 y 200 K respectivamente:
a) ¿Cuánto trabajo realiza la fuente?b) ¿Cuánto calor cede a la fuente fría?
2.- Una maquina de Carnot absorbe 1200 cal durante cada ciclo cuando funciona entre dos fuentes a 227 ºC y 27 ºC respectivamente:
c) ¿Cuál es la eficiencia de la maquina?d) ¿Cuánto calor es cedido a la fuente fría?e) ¿Cuánto trabajo efectúa?
REPASO
1.- Una maquina térmica efectúa 200 J de trabajo en cada ciclo y tiene una eficiencia de 30%. Determina el calor absorbido y liberado por la maquina
2.-Una máquina térmica posee una potencia de 5kW y una eficiencia de 25%. Si la máquina libera 8000 J de energía en cada ciclo, determina:
a) El calor absorbidob) El tiempo ocupado en cada ciclo
3.- Una máquina térmica absorbe 1600 J de calor de la fuente caliente y libera 1000 J hacia la fuente fría:a) ¿Cuál es la eficiencia de la máquina?b) ¿Cuánto trabajo realiza en cada ciclo?c) Si cada ciclo dura 0,3 s ¿Cuál es la potencia?
4.- En cada caso, determina la eficiencia y completa los datos que faltan