20.29. Una máquina de Carnot absorbe 1200 cal duran te cada ciclo cuando funciona entre 500 y 300 K. ¿Cuál es la eficiencia? ¿Cuánto calor es expulsado y cuánto trabajo se realiza, en joules, durante cada ciclo? Resp. 40%, 720 cal, 2010 J 20.30. La eficiencia real de un motor es 60% de su eficien cia ideal. El motor opera entre las temperaturas de 460 y 290 K. ¿Cuánto trabajo se realiza en cada ci clo si 1600 J de calor son absorbidos? 20.31. Un refrigerador extrae 400 J de calor de una caja en cada ciclo y expulsa 600 J hacia un recipiente a alta temperatura. ¿Cuál es el coeficiente de rendimien to? Resp. 2.00 20.32. El coeficiente de rendimiento de un refrigerador es 5.0. ¿Cuánto calor se desecha si el compresor reali za 200 J de trabajo durante cada ciclo?
20.33. ¿Cuánto calor se extrae del recipiente frío si el com presor de un refrigerador realiza 180 J de trabajo en cada ciclo? El coeficiente de rendimiento es 4.0. ¿Cuánto calor se expulsa hacia el recipiente calien te? Resp. 720 J, 900 J 20.34. Un refrigerador ideal extrae 400 J de calor de un re cipiente a 200 K y expulsa calor hacia un recipien te a 500 K. ¿Cuál es el coeficiente de rendimiento ideal y cuánto trabajo se realiza en cada ciclo? *20.35. Un refrigerador de Carnot tiene un coeficiente de rendimiento de 2.33. Si el compresor realiza 600 J de trabajo en cada ciclo, ¿cuántos joules de calor son extraídos del recipiente frío y cuántos son arro jados al medio? Resp. 1400 J, 2000 J
Problemas adicionales 20.36. En un proceso termodinámico se suministran 200 Btu para producir una expansión isobárica bajo una pre sión de 100 lb/in2. La energía interna del sistema no cambia. ¿Cuál es el aumento de volumen del gas? 20.37. Una muestra de gas de 100 cm3 a la presión de 100 kPa se calienta isocóricamente desde el punto A hasta el punto B hasta que su presión es de 300 kPa. Después se expande isobáricamente hasta el punto C, donde su volumen es de 400 cm3. La presión vuelve entonces a 100 kPa en el punto D, sin cambio de volumen. Por último, regresa a su estado original en el punto A. Tra ce el diagrama P-V para este ciclo. ¿Cuál es el trabajo neto realizado en todo el ciclo? Resp. 60 J 20.38. Calcule el trabajo neto realizado por un gas al pasar por todo el ciclo que aparece en la figura 20.18.
20.39. ¿Cuál es el trabajo neto realizado por el proceso ABCA descrito en la figura 20.19? Resp. 304 J
Figura 20.19
3
C
2 X 105 Pa
>< \<
1 X 10 5 P a
D
A
2 L
5 L
Figura 20.18
424
Capítulo 20
Resumen y repaso
*20.40. Un motor real funciona entre 327 y 0°C y tiene una potencia de salida de 8 kW. ¿Cuál es la eficiencia ideal de este motor? ¿Cuánta potencia se desperdi cia si la eficiencia real es de sólo 25%? *20.41. La eficiencia de Otto de un motor de gasolina es de 50% y la constante adiabática de 1.4. Calcule la razón de compresión. Resp. 5.66 *20.42. Una bomba de calor obtiene calor de un depósito de agua a 41 °F y lo entrega a un sistema de tubería en una casa a 78°F. La energía necesaria para operar la bomba de calor es aproximadamente el doble de la que se requiere para accionar una bomba de Carnot. ¿Cuánto trabajo mecánico hay que proporcionar a la bomba para que entregue 1 X 106 Btu de energía calorífica a la vivienda?