f_t_septima_edicion

20.29. Una máquina de Carnot absorbe 1200 cal durante
cada ciclo cuando funciona entre 500 y 300 K.
¿Cuál es la eficiencia? ¿Cuánto calor es expulsado
y cuánto trabajo se realiza, en joules, durante cada
ciclo?
Resp. 40%, 720 cal, 2010 J
20.30. La eficiencia real de un motor es 60% de su eficiencia
ideal. El motor opera entre las temperaturas de
460 y 290 K. ¿Cuánto trabajo se realiza en cada ciclo
si 1600 J de calor son absorbidos?
20.31. Un refrigerador extrae 400 J de calor de una caja en
cada ciclo y expulsa 600 J hacia un recipiente a alta
temperatura. ¿Cuál es el coeficiente de rendimiento?
Resp. 2.00
20.32. El coeficiente de rendimiento de un refrigerador es
5.0. ¿Cuánto calor se desecha si el compresor realiza
200 J de trabajo durante cada ciclo?
20.33. ¿Cuánto calor se extrae del recipiente frío si el compresor
de un refrigerador realiza 180 J de trabajo
en cada ciclo? El coeficiente de rendimiento es 4.0.
¿Cuánto calor se expulsa hacia el recipiente caliente?
Resp. 720 J, 900 J
20.34. Un refrigerador ideal extrae 400 J de calor de un recipiente
a 200 K y expulsa calor hacia un recipiente
a 500 K. ¿Cuál es el coeficiente de rendimiento
ideal y cuánto trabajo se realiza en cada ciclo?
*20.35. Un refrigerador de Carnot tiene un coeficiente de
rendimiento de 2.33. Si el compresor realiza 600 J
de trabajo en cada ciclo, ¿cuántos joules de calor
son extraídos del recipiente frío y cuántos son arrojados
al medio?
Resp. 1400 J, 2000 J
Problemas adicionales
20.36. En un proceso termodinámico se suministran 200 Btu
para producir una expansión isobárica bajo una presión
de 100 lb/in2. La energía interna del sistema no
cambia. ¿Cuál es el aumento de volumen del gas?
20.37. Una muestra de gas de 100 cm3 a la presión de 100
kPa se calienta isocóricamente desde el punto A hasta
el punto B hasta que su presión es de 300 kPa. Después
se expande isobáricamente hasta el punto C, donde su
volumen es de 400 cm3. La presión vuelve entonces a
100 kPa en el punto D, sin cambio de volumen. Por
último, regresa a su estado original en el punto A. Trace
el diagrama P-V para este ciclo. ¿Cuál es el trabajo
neto realizado en todo el ciclo? Resp. 60 J
20.38. Calcule el trabajo neto realizado por un gas al pasar
por todo el ciclo que aparece en la figura 20.18.
20.39. ¿Cuál es el trabajo neto realizado por el proceso
ABCA descrito en la figura 20.19? Resp. 304 J
2 X 1 0 5 P a
1 X 10 5 P a
Figura 20.18
3 C
><
\ <
A
D
2 L 5 L
Figura 20.19
*20.40. Un motor real funciona entre 327 y 0°C y tiene una
potencia de salida de 8 kW. ¿Cuál es la eficiencia
ideal de este motor? ¿Cuánta potencia se desperdicia
si la eficiencia real es de sólo 25%?
*20.41. La eficiencia de Otto de un motor de gasolina es
de 50% y la constante adiabática de 1.4. Calcule la
razón de compresión. Resp. 5.66
*20.42. Una bomba de calor obtiene calor de un depósito de
agua a 41 °F y lo entrega a un sistema de tubería en
una casa a 78°F. La energía necesaria para operar
la bomba de calor es aproximadamente el doble de la
que se requiere para accionar una bomba de Carnot.
¿Cuánto trabajo mecánico hay que proporcionar a
la bomba para que entregue 1 X 106 Btu de energía
calorífica a la vivienda?
424 Capítulo 20 Resumen y repaso