Ascensor térmico (GIE)
De Laplace
(Diferencias entre revisiones)
(Página creada con '==Enunciado== Se quiere construir un “ascensor térmico” mediante un cilindro con pistón. Para ello, tenemos un tubo cilíndrico de 16 cm² de sección. Inicialmente (“…') |
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:'''C→D:''' Manteniendo el cilindro en contacto con el baño a 600K, se quita la pesa en su nueva altura. Al quitarla bruscamente, el pistón sube aún más. | :'''C→D:''' Manteniendo el cilindro en contacto con el baño a 600K, se quita la pesa en su nueva altura. Al quitarla bruscamente, el pistón sube aún más. | ||
:'''D→A:''' Sin la pesa, se aísla del baño a 600K y se vuelve a poner en contacto con el baño a 300K, de manera que retorna lentamente a su estado inicial. | :'''D→A:''' Sin la pesa, se aísla del baño a 600K y se vuelve a poner en contacto con el baño a 300K, de manera que retorna lentamente a su estado inicial. | ||
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Para este proceso: | Para este proceso: | ||
| - | # Determine la presión, volumen y temperatura en cada uno de los estados A, B, C y D. | + | # Determine la presión, volumen y temperatura en cada uno de los estados A, B, C y D. |
| - | # Calcule, para cada paso, el calor y el trabajo que entran en el tubo (que serán negativos si salen), así como la variación en la entalpía y la energía interna del gas. | + | # Calcule, para cada paso, el calor y el trabajo que entran en el tubo (que serán negativos si salen), así como la variación en la entalpía y la energía interna del gas. |
| - | # Calcule el trabajo neto que sale del sistema en un ciclo. ¿Coincide este trabajo con el incremento en la energía potencial de la pesa? | + | # Calcule el trabajo neto que sale del sistema en un ciclo. ¿Coincide este trabajo con el incremento en la energía potencial de la pesa? |
| - | # A partir del calor y el trabajo halle el rendimiento η del ciclo, así como el rendimiento de la segunda ley, ε, comparándolo con el de un ciclo reversible entre estas dos temperaturas. | + | # A partir del calor y el trabajo halle el rendimiento η del ciclo, así como el rendimiento de la segunda ley, ε, comparándolo con el de un ciclo reversible entre estas dos temperaturas. |
==Variables de estado== | ==Variables de estado== | ||
| + | ===Estado A=== | ||
| + | <center><math>p_A=100\,\mathrm{kPa}\qquad\qquad T_A=300\,\mathrm{K}\qquad\qquad V_A=Sh_A=0.160\,\mathrm{L}</math></center> | ||
| + | ===Estado B=== | ||
| + | <center><math>p_B=p_A+\frac{mg}{S}=125\,\mathrm{kPa}\qquad\qquad T_B=T_A=300\,\mathrm{K}\qquad\qquad V_B=\frac{p_Av_A}{p_B}=0.128\,\mathrm{L}</math></center> | ||
| + | ===Estado C=== | ||
| + | <center><math>p_C=p_B=125\,\mathrm{kPa}\qquad\qquad T_C=600\,\mathrm{K}\qquad\qquad V_C=\frac{V_BT_C}{T_B}=0.256\,\mathrm{L}</math></center> | ||
| + | ===Estado D=== | ||
| + | <center><math>p_D=100\,\mathrm{kPa}\qquad\qquad T_D=600\,\mathrm{K}\qquad\qquad V_D=\frac{V_AT_D}{T_A}=0.320\,\mathrm{L}</math></center> | ||
| + | ===Tabla resumen=== | ||
| + | |||
==Trabajo, calor y energía== | ==Trabajo, calor y energía== | ||
==Trabajo neto de salida== | ==Trabajo neto de salida== | ||
==Rendimientos== | ==Rendimientos== | ||
Revisión de 10:44 2 abr 2019
Contenido |
1 Enunciado
Se quiere construir un “ascensor térmico” mediante un cilindro con pistón. Para ello, tenemos un tubo cilíndrico de 16 cm² de sección. Inicialmente (“estado A”) contiene aire seco a 
y 
. El pistón se halla inicialmente a una altura 
. La presión exterior es en todo momento de 100 kPa.
El ciclo descrito por este gas es el siguiente:
- A→B: Manteniendo el cilindro en contacto con un baño térmico a 300K, se coloca bruscamente sobre el pistón una pesa de 40N, de manera que el pistón baja.
- B→C: Dejando la pesa puesta, se aísla el cilindro del baño a 300K y en su lugar se pone en contacto con uno a 600K, de manera que el pistón sube lentamente por la dilatación del gas, llevando la pesa con él.
- C→D: Manteniendo el cilindro en contacto con el baño a 600K, se quita la pesa en su nueva altura. Al quitarla bruscamente, el pistón sube aún más.
- D→A: Sin la pesa, se aísla del baño a 600K y se vuelve a poner en contacto con el baño a 300K, de manera que retorna lentamente a su estado inicial.
Para este proceso:
- Determine la presión, volumen y temperatura en cada uno de los estados A, B, C y D.
- Calcule, para cada paso, el calor y el trabajo que entran en el tubo (que serán negativos si salen), así como la variación en la entalpía y la energía interna del gas.
- Calcule el trabajo neto que sale del sistema en un ciclo. ¿Coincide este trabajo con el incremento en la energía potencial de la pesa?
- A partir del calor y el trabajo halle el rendimiento η del ciclo, así como el rendimiento de la segunda ley, ε, comparándolo con el de un ciclo reversible entre estas dos temperaturas.
2 Variables de estado
2.1 Estado A
2.2 Estado B
2.3 Estado C
2.4 Estado D
