EFICIENCIA DEL CICLO DE CARNOT TERMODINÁMICA EJERCICIO RESUELTO

Summary

En este video, se explica cómo calcular la eficiencia de una máquina térmica en un ciclo de Carnot. Se detalla que la eficiencia depende de las temperaturas de los focos caliente y frío, y cómo esta relación se puede expresar utilizando la fórmula de Carnot. Además, se resuelve un ejemplo práctico en el que se calcula el aumento de eficiencia cuando la temperatura del foco caliente aumenta en un 40%, manteniéndose constante la temperatura del foco frío. Se destaca la simplicidad y la independencia de la masa y la naturaleza de la sustancia en este cálculo.

Takeaways

• 😀 La eficiencia de una máquina térmica en el ciclo de Carnot se calcula como la relación entre el trabajo realizado y el calor entregado.
• 😀 La fórmula de la eficiencia en el ciclo de Carnot es: η = 1 - (Q2 / Q1), donde Q2 es el calor rechazado al foco frío y Q1 el calor absorbido del foco caliente.
• 😀 La eficiencia también se puede expresar en términos de temperaturas absolutas: η = 1 - (T2 / T1), donde T2 es la temperatura del foco frío y T1 la del foco caliente.
• 😀 La relación entre las cantidades de calor en cada foco es proporcional a sus respectivas temperaturas absolutas.
• 😀 La eficiencia del ciclo de Carnot depende únicamente de las temperaturas, no de la masa o la naturaleza del material.
• 😀 La temperatura de los focos de calor y frío afecta directamente la eficiencia de la máquina térmica, independientemente de otros factores.
• 😀 Se puede calcular el incremento de eficiencia cuando la temperatura del foco caliente aumenta, manteniendo constante la temperatura del foco frío.
• 😀 Si el foco caliente aumenta su temperatura en un 40%, la eficiencia de la máquina también aumenta, y esto se puede calcular fácilmente utilizando la fórmula de eficiencia.
• 😀 Al aumentar la temperatura del foco caliente en un 40%, la eficiencia de la máquina pasa de 50% a aproximadamente 64.3%.
• 😀 El incremento porcentual en la eficiencia debido a un aumento en la temperatura del foco caliente es del 14.3%.
• 😀 El cálculo de la eficiencia es sencillo y directo una vez comprendida la relación entre temperatura y eficiencia en el ciclo de Carnot.

Q & A

¿Cómo se define la eficiencia de una máquina térmica en el ciclo de Carnot?

La eficiencia de una máquina térmica en el ciclo de Carnot se define como el cociente entre el trabajo realizado por la máquina y el calor que se le entrega. Es decir, la eficiencia es igual a 1 menos el calor rechazado (q2) sobre el calor absorbido (q1).

¿Qué relación existe entre el calor absorbido y el calor rechazado en el ciclo de Carnot?

El calor absorbido (q1) y el calor rechazado (q2) son proporcionales a las temperaturas absolutas de los focos caliente y frío, respectivamente, de acuerdo con la relación de Kelvin.

¿Cómo se calcula la eficiencia del ciclo de Carnot utilizando las temperaturas de los focos?

La eficiencia del ciclo de Carnot se calcula como 1 menos la razón de las temperaturas del foco frío (T2) y el foco caliente (T1), es decir, eficiencia = 1 - T2/T1.

¿Qué se puede concluir acerca de la dependencia de la eficiencia en la naturaleza de las sustancias o su masa?

La eficiencia en el ciclo de Carnot no depende de la naturaleza de la sustancia ni de su masa. Solo depende de las temperaturas de los focos caliente y frío, lo que hace que sea independiente de estas propiedades.

¿Cómo afecta el aumento de la temperatura del foco caliente en la eficiencia del ciclo de Carnot?

Si la temperatura del foco caliente aumenta, la eficiencia del ciclo de Carnot también aumentará, ya que la diferencia entre las temperaturas del foco caliente y frío se incrementa, lo que reduce la fracción de calor rechazado.

En el problema del aumento del 40% en la temperatura del foco caliente, ¿cómo se calcula la nueva eficiencia?

Si la temperatura del foco caliente aumenta en un 40%, la nueva temperatura es 1.4 veces la temperatura inicial. Se calcula la nueva eficiencia usando la fórmula: eficiencia = 1 - T2/(1.4 * T1).

¿Cuál es el porcentaje de aumento en la eficiencia cuando la temperatura del foco caliente aumenta en un 40%?

El aumento en la eficiencia es del 14%. Esto se calcula restando la eficiencia inicial (50%) de la nueva eficiencia (64%), lo que da un aumento del 14%.

¿Qué significado tiene el hecho de que la eficiencia dependa únicamente de las temperaturas y no de la masa o naturaleza de la sustancia?

Esto significa que la eficiencia de un ciclo de Carnot es universal, ya que no se ve afectada por las características específicas del fluido de trabajo, sino solo por las temperaturas del foco caliente y el foco frío.

¿Por qué es importante la relación de Kelvin en la eficiencia del ciclo de Carnot?

La relación de Kelvin es crucial porque permite expresar la proporción de calor en función de las temperaturas absolutas de los focos, lo que facilita la determinación de la eficiencia de manera más precisa y general.

¿Cómo se interpreta el valor de 0.5 como eficiencia en el problema planteado?

El valor de 0.5 en la eficiencia significa que la máquina térmica convierte el 50% del calor absorbido en trabajo, y el 50% restante es rechazado al foco frío.