NO ME SALEN
   (APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   CALOR Y TERMODINÁMICA

 

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Adicional 44*) Un aparato de refrigeración eléctrico extrae, por cada ciclo, 590J de calor de una habitación que se encuentra a 22°C y entrega calor al exterior que está a 32°C. ¿Cuál es el valor mínimo de energía eléctrica por ciclo, que emplea el aparato?

      a) 150 J      b) 20 J      c) 100 J      d) 295 J      e) 220 J       f) 1180 J

 
Este ejercicio perteneció al examen final de Biofísica tomado el 23 de junio de 2010. Para ver el tema completo hacé clic acá.
   

¡Qué nos cuesta! ¡hacer un esquema no cuesta nada y te aclara el panorama! Acá va:

   

De paso aprovechamos y le ponemos nombre a cada magnitud que aparece en el ejercicio, ya sea dato o incógnita.

Esta parte de la termodinámica hay que manejarla en escala absoluta, de modo que la temperatura de la habitación valdrá: T1 = 295 K, la temperatura exterior T2 = 305 K.

La cantidad de calor que la máquina extrae de la habitación: Q1 = 590 J. La cantidad que expulsa al ambiente no la conocemos pero la llamaremos Q2, y la energía mínima que debe recibir la máquina W (ya que esa energía la recibe en forma de trabajo mecánico).

   

Los calores intercambiados y el trabajo recibido deben cumplir con el primer principio:

Q2 = Q1 + W                                                      1er. Principio

O sea:

Q2 = 590 J + W

Al mismo tiempo debe cumplirse con el segundo. Pero como el enunciado pregunta por el mínimo de energía necesaria, está aludiendo a una máquina ideal. Entonces:

   
  Q2 = Q1   2do. Principio (máqina ideal)


T2 T1
   
O sea:    
  Q2 = 590 J    


305 K 295 K
   

Fijate: tenés dos incógnitas y dos ecuaciones. El resto es burocracia.

De la última despejamos y calculamos Q2:

Q2 = 590 J . 305 K / 295 K

Q2 = 610 J

Con este valor nos vamos a la ecuación del primer principio:

W = Q2 590 J

W = 610 J 590 J

 

 

 

 

 

W = 20 J opción b)
   
Ponele. Por supuesto, esto es lo mínimo de energía que requiere una máquina... en la realidad tenés que pensar de ese valor hacia arriba. A veces, conocer ese mínimo necesario es útil, aunque sepas que en la realidad vas a necesitar bastante más.    
     

Desafío: ¿Cuánto valdría la eficiencia de esta máquina si funcionara con esa cantidad de energía?

 
   
Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. Si el nene tiene temperatura, es porque es un objeto del universo. Última actualización jul-14. Buenos Aires, Argentina.