Caso práctico de ciclo de Stirling
De Laplace
(→Modelo físico) |
(→Trabajo, calor y energía) |
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'''Dato:''' <math>R = 8.31\,\mathrm{J}/\mathrm{mol}\cdot\mathrm{K}</math> | '''Dato:''' <math>R = 8.31\,\mathrm{J}/\mathrm{mol}\cdot\mathrm{K}</math> | ||
| - | ==Trabajo, calor y energía== | + | ==Intercambios energéticos== |
| + | ===Presiones, volúmenes y temperaturas=== | ||
| + | Antes de calcular el trabajo y el calor en cada proceso, vamos a hallar la presión, la temperatura y el volumen en cada uno de los vértices del ciclo, ya que necesitaremos estos datos más adelante. | ||
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| + | ====Estado inicial 1==== | ||
| + | Para el estado “1” conocemos tanto su presión y su temperatura | ||
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| + | <center><math>p_1 = p_a = 150\,\mathrm{kPa}</math>{{qquad}}{{qquad}}<math>T_1 = T_f = 300\,\mathrm{K}</math></center> | ||
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| + | El volumen que ocupa el gas lo obtenemos sabiendo el número de moles de gas: | ||
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| + | <center><math>V_1 = \frac{n R T_1}{p_1}=\frac{100\times 8.31\times 300}{150\,000}\,\mathrm{m}^3 = 1.66\,\mathrm{m}^3</math></center> | ||
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| + | Nótese que, dado que estamos trabajando en el sistema internacional, el volumen resultante aparece en m³. | ||
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| + | ====Estado 3==== | ||
| + | Para el estado 3 también conocemos tanto la presión como la temperatura | ||
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| + | <center><math>p_3 = p_b = 3.00\,\mathrm{MPa}</math>{{qquad}}{{qquad}}<math>T_3 = T_c = 20000\,\mathrm{K}</math></center> | ||
| + | |||
| + | Obtenemos el volumen de la misma manera | ||
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| + | <center><math>V_3 = \frac{n R T_3}{p_3}=\frac{100\times 8.31\times 2000}{3\,000\,000}\,\mathrm{m}^3 = 0.554\,\mathrm{m}^3</math></center> | ||
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| + | ===Trabajo, calor y energía=== | ||
| + | ===Rendimiento=== | ||
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==Entropía== | ==Entropía== | ||
==Comparación de rendimientos== | ==Comparación de rendimientos== | ||
Revisión de 15:07 9 jul 2010
Contenido |
1 Enunciado
100 moles de gas ideal diátomico sufre un ciclo de Stirling internamente reversible, representado en la figura. El ciclo se compone de dos isotermas y dos isócoras. Las temperaturas de trabajo son 
y 
, mientras que las presiones extremas son 
y 
.
- En cada uno de los procesos, calcula la variación de energía interna, el trabajo realizado y el calor absorbido por el gas. Calcula el rendimiento del ciclo.
- Calcula la variación de entropía en cada proceso del ciclo y la variación neta en el ciclo completo.
- Compara el rendimiento del ciclo con el de una máquina de Carnot reversible que trabaje entre las mismas temperaturas.
- Imagina y describe un experimento que te permita recorrer el ciclo.
Dato: 
2 Intercambios energéticos
2.1 Presiones, volúmenes y temperaturas
Antes de calcular el trabajo y el calor en cada proceso, vamos a hallar la presión, la temperatura y el volumen en cada uno de los vértices del ciclo, ya que necesitaremos estos datos más adelante.
2.1.1 Estado inicial 1
Para el estado “1” conocemos tanto su presión y su temperatura
El volumen que ocupa el gas lo obtenemos sabiendo el número de moles de gas:
Nótese que, dado que estamos trabajando en el sistema internacional, el volumen resultante aparece en m³.
2.1.2 Estado 3
Para el estado 3 también conocemos tanto la presión como la temperatura
Obtenemos el volumen de la misma manera
