Caso de ciclo Ericsson

De Laplace

1 Enunciado

Se tiene un cilindro vertical de paredes no aislantes, en cuyo interior se encuentra aire (considerado como un gas ideal diatómico). El cilindro tiene sección cuadrada de lado 4 cm y está cerrado por un pistón horizontal que puede deslizarse sin rozamiento.

Inicialmente el pistón se encuentra a una altura de 10 cm y el aire está en equilibrio térmico y mecánico con el exterior a una temperatura de 300 K y una presión 100 kPa.

Se procede entonces a efectuar el siguiente ciclo

A→B El gas se comprime lentamente, colocando sobre la tapa el equivalente a 4 kg de arena, sin que se modifique la temperatura exterior.

B→C Sin retirar la arena, se calienta lentamente el gas, hasta que el volumen vuelve a ser el inicial.

C→D Manteniendo constante la nueva temperatura, se van retirando los granos de arena hasta que no queda ni uno.

D→A Se enfría gradualmente el gas, hasta que su volumen vuelve a ser el inicial.

\end{itemize}

A la vista de este ciclo:

1. Represente gráficamente el ciclo en un diagrama pV.
2. Para cada uno de los pasos, halle (tomando )

1. El trabajo y el calor que se intercambian, indicando si cada uno entra en el sistema o sale de él.
2. La variación de la energía interna y de la entalpía del gas en cada paso.

3. Calcule el trabajo neto que desarrolla el sistema sobre el entorno.
4. Halle el calor total absorbido por el gas (sin descontar el que cede al entorno).
5. Calcule el rendimiento del ciclo, definido como:

2 Representación gráfica