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NO ME SALEN
(APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
CALOR Y TERMODINÁMICA
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40) Un inventor afirma haber desarrollado una máquina que extrae 25200 kcal de una fuente
térmica, entrega 6500 kcal a otra fuente térmica y realiza un trabajo de 25 kWh ¿Es
posible este invento? Justifique su respuesta. |
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| Acá tenés un esquema de una máquina térmica: el círculo gris del centro es la máquina propiamente dicha. Como toda máquina, es gris-acero un poco sucia de aceite. |
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El rectángulo de arriba es la fuente caliente, o sea, la caldera, que se encuentra a una temperatura elevada, T1, y que le entrega un calor, Q1, a la máquina (podría ser un chorro de vapor o alguna otra cosa con mucha energía). El rectángulo de abajo es el medio ambiente, que -lógicamente- se encuentra a una temperatura inferior, T2, al que la máquina le tira el calor que no puede aprovechar, Q2 (por la chimenea, o el caño de escape, da lo mismo). L es el trabajo precioso que entrega la máquina, por eso le puse color dorado.
En este ejercicio nos informan los valores de Q1, Q2 y L:
Q1 = 25.200 kcal
Q2 = 6.500 kcal
L = 25 kWh
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Para poder compararlos convendría expresarlos en las mismas unidades, recién así podremos ver si cierran. Acordate que:
1 kWh = 3.600.000 J
Y que:
1 J = 0,24 cal
Entonces:
L = 25 . 3.600.000 . 0,24 cal
L = 21.600.000 cal
L = 21.600 kcal
Ahora sí, podemos compararlas.
El Primer Principio de la termodinámica dice que la energía neta que entra o sale de un sistema (la máquina en nuestro caso) es igual a la suma de la variación de energía interna, ΔU, más el trabajo realizado por el sistema, L.
QN = ΔU + L
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El subíndice que le puse al calor corresponde a NETO. Porque el calor que intercambia la máquina... una parte lo recibe, otra parte lo cede, de modo que una parte irá sumando y a la otra le corresponderá ir restando. La variación de energía interna de la máquina es cero (ΔU = 0) si suponemos que no le cambia la temperatura mientras funciona (no hablamos del arranque sino del régimen estacionario del funcionamiento). La cosa queda así:
Q1 – Q2 = L
(Esa relación la podés aplicar con toda confianza a TODAS las máquinas térmicas). |
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El asunto no cierra, porque si hacemos la cuenta:
25.200 kcal – 6.500 kcal = 18.700 kcal
Y el inventor dice que el trabajo vale 21.600 kcal. O sea, más de lo que la máquina puede hacer. Yo no le compraría la máquina. |
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| Desafío: ¿Cuál sería la eficiencia real de la máquina y cuál la que nos quiere hacer creer el inventor? |
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Se permite su reproducción citando la fuente. A los profesores de Física es imposible engañarlos. Última actualización
jul-08. Buenos Aires, Argentina. |
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