Pedro_Arancibia_Tarea 3 Semana 6

Primera Ley de la termodinámica Pedro Arancibia Correa FÍSICA Instituto IACC 13 de Noviembre de 2017

Desarrollo 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. (*Documento Semana 6– IACC)

Q = diferencia de energía - W Entonces; Q = (80-800) [J] Q = -720[J] Por lo tanto el calor cedido por el sol al estanque es de -720 joules

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. (*Documento Semana 6– IACC)

∆𝐸 = 𝑄 − w ∆𝐸 = 4000 J - 800 J = 3200 J ∆𝐸 =3200 J

Ejercicio 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. (*Documento Semana 6– IACC) 𝑄 + 𝑊 = 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ ∆𝑇 Para este caso no hay flujo de calor, por lo tanto: 𝑄 + 𝑊 = 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ ∆𝑇 𝑊 = 𝑐 ∙ 𝑚 ∙ ∆𝑇 W= 4190 [j/ (kg * °c] * 20[kg] * [46°c – 20°c] W=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. (*Documento Semana 6– IACC) 𝑊 = 𝑄1 − 𝑄2 W= 289 000 000 [J] - 108 000 000 [J] W= 181000000 [J] 𝜂=

𝐐𝟏 − 𝐐𝟐 𝐐𝟏

𝟐𝟖𝟗 𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎 [𝐉] − 𝟏𝟎𝟖 𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎 [𝐉]

𝜂=

𝟐𝟖𝟗 𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎 [𝐉]

𝜂 = 0.626*100 % 𝜂 = 62.6%

Ejercicio 5: Determine la eficiencia de un motor tal, que por cada 100 [J] de calor que consume elimina 55 [J]. (*Documento Semana 6– IACC)

𝜂= 𝜂=

𝐐𝟏 − 𝐐𝟐 𝐐𝟏 𝟏𝟎𝟎 [𝐉]−𝟓𝟓 [𝐉] 𝟏𝟎𝟎 [𝐉]

𝜂=

𝟎. 𝟒𝟓 ∗ 𝟏𝟎𝟎%

𝜂=

45%

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 𝜂 = 33%, determine cuánto calor deberá consumir el motor para poder llegar arriba. (*Documento Semana 6– IACC) 𝜂 = 𝟑𝟑% M= 1200[KG] H= 65[m] g = 9,8 [m/s 2] 𝑈=𝑚𝑔ℎ 𝑈 = 1200 kg * 9, 8 [m/s 2] * 65[m] 𝑈 = 764400 [j]

𝜂=

𝐐𝟏 − 𝐐𝟐 𝐐𝟏

𝑊 = 𝑄1 − 𝑄2 𝑊=𝐾

𝐰

𝜂 = 𝐐𝟏 Q1=

𝟕𝟔𝟒𝟒𝟎𝟎 [𝐣] 𝟎.𝟑𝟑

=2316364 [J]

Q1=2316364 [J]

Ejercicio 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 la termodinámica. (*Documento Semana 6– IACC)

Ejemplos del experimento de Joule:

1.- Los termistores son resistencias cuya resistencia cambia cuando cambia la temperatura. Se utilizan a veces en combinación con el calentamiento Joule: si una gran corriente se envía a través del termistor, se eleva la temperatura del dispositivo y por lo tanto sus cambios de resistencia. Si el dispositivo tiene un coeficiente de temperatura positivo de la resistencia (PTC), el aumento de temperatura causa una caída en la corriente, y atribuye al dispositivo una utilidad de protección del circuito similar a los fusibles, o para la reacción en los circuitos, o para otros muchos propósitos. En general, el auto-calentamiento puede convertir en una resistencia de un elemento de circuito no lineal y de histéresis.

2.- Los fusibles eléctricos se basan en el hecho de que si se excede el flujo de corriente, se generará suficiente calor para fundir el fusible.

URL del artículo: https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule

Ejemplos de la primera ley de la termodinámica: 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. 2.-En una máquina de vapor la energía que se obtiene de la combustión del carbón se convierte en trabajo para mover la máquina y parte de ésta es convertida en calor.

URL del artículo:

http://www.ejemplosde.com/37fisica/1703ejemplo_de_primera_ley_de_la_termo dinamica.html,

Bibliografía

IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de termodinámica. Física. Semana 6. https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule, revisado 12 de noviembre de 2017

http://www.ejemplosde.com/37fisica/1703ejemplo_de_primera_ley_de_la_ter modinamica.html, revisado 12 de noviembre de 2017