CAPÍTULO 5. Termodinámica - Biblioteca

Calor y Termodinámica Hugo Medina Guzmán
c) El incremento de entropía del agua debido al
segundo proceso y el del universo.
Respuesta. a) 0,0315 kcal/ K que también es la del
universo;
b) 0,0653 kcal/ K, la del agua 0;
c) -0,0315 kcal/ K del agua, 0,0338 kcal/ K universo.
69. Un congelador fabrica cubos de hielo a razón de 5
gramos por segundo, comenzando con agua en el
punto de congelación. Cede calor a una habitación a
30 ºC. Si el sistema utiliza un frigorífico de Carnot
ideal,
a) ¿Qué potencia expresada en watios requiere el
motor?;
b) ¿Cuanto calor por unidad de tiempo cede a la
habitación?;
c) ¿Cual es la variación de entropía del agua?
Respuesta. a) 184 W; b) 444 cal/s; c) 6,15 J/ K.
70. Un herrero sumerge una herradura de acero
caliente con una masa de 2 kg en una cubeta que
contiene 20 kg de agua. La herradura al principio está
a una temperatura de 600 ºC y el agua está
inicialmente a una temperatura de 20 ºC. Suponiendo
que no se evapora el agua, encuentre:
a) la temperatura final del agua,
b) el cambio de entropía de la herradura,
c) el cambio de entropía del agua
d) el cambio global en la entropía del agua y la
herradura.
e) Después de cierto tiempo, que es bastante
comparado con el tiempo que tarda la herradura en
enfriarse, la herradura y el agua se enfrían hasta la
temperatura de los alrededores: 20 ºC. Durante este
proceso, encuentre los cambios en la entropía del
agua, la herradura y sus alrededores.
f) Usando los resultados del inciso d y e, encuentre el
cambio en la entropía del universo como resultado de
toda la consecuencia de eventos.
70
Calor específico del acero 0,107 cal/g ºC
Respuesta. a) 26,14 ºC; b) –959 J/ K; c) 1,736 J/K;
d) 777 J/ K; e) –1,736 J/ K; -18,6 J/ K; f) 1,754 J/ K
71. Una máquina térmica trabaja con un gas perfecto
(γ = 1,4) según el ciclo Otto, motores de explosión.
¿Cuánto vale el rendimiento térmico de este ciclo,
para un estado inicial de p1 = 1 atm. T1 = 20 ºC y un
grado de compresión V2/V1 = 1/4, si la combustión
aporta Q1 = 20 kcal/ciclo?
¿Cuánto vale el calor evacuado Q2?
¿Cuánto valdrá la potencia de la máquina si realiza
300 ciclos por minuto?
72. Se dispone de botellas de 1,5 litros de agua a
temperatura ambiente (20 ºC);
a) calcular la temperatura final del conjunto si se
mezcla una botella con 100 g de hielo a -5 ºC;
b) calcular el calor necesario para evaporar toda el
agua de una botella; hallar el tiempo que requiere este
proceso si se usa un microondas de 100 W;
c) hallar la eficiencia de una máquina de Carnot que
utiliza el vapor a 100 ºC como foco caliente y agua a
20 ºC como foco frío; dibujar un esquema de una
máquina de vapor en el que se explique cómo se
obtiene el trabajo mecánico.
Respuesta. a) t = 13,6 ºC;
b) 930,000 cal = 3887,400 J, tiempo = 3.887,4 s;
c) Eficiencia = 21 %.