Fisica Cap 15 Giancoli

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FÍSICA A PARALELO: 3 TEMA: PREGUNTAS Y PROBLEMAS DEL CAPITULO 15 DE GIANCOLI

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FÍSICA A PARALELO: 3

TEMA: PREGUNTAS Y PROBLEMAS DEL CAPITULO 15 DE GIANCOLI

INTEGRANTE: QUESADA GUTIÉRREZ PEDRO

PROFESOR: ING. DICK ZAMBRANO SALINAS

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PREGUNTAS 1. ¿Qué ocurre a la energía interna del vapor de agua en el aire que se condensa en el exterior de un vaso de agua frío? ¿Se realiza trabajo o se intercambia calor? Explique su respuesta. 2. Utilice la conservación de la energía para explicar por qué la temperatura de un gas aumenta cuando se comprime rápidamente, mientras que la temperatura disminuye cuando el gas se expande. 3. En un proceso isotérmico, un gas ideal realiza 3700 J de trabajo. ¿Esto es suficiente información para saber cuánto calor se ha agregado al sistema? Si es así, ¿cuánto? 4. ¿Es posible que la temperatura de un sistema permanezca constante aun cuando el calor fluya hacia dentro o hacia fuera de él? Si es así, proporcione uno o dos ejemplos. 5. Explique por qué la temperatura de un gas aumenta cuando se comprime adiabáticamente. 6. ¿La energía mecánica alguna vez se puede transformar por completo en calor o energía interna? ¿Puede ocurrir lo contrario? En cada caso, si su respuesta es no, explique por qué; si es sí, proporcione uno o dos ejemplos. 7. ¿Es posible calentar una cocina en invierno dejando abierta la puerta del horno? ¿Puede enfriarse la cocina en verano dejando abierta la puerta del refrigerador? Explique sus respuestas. 8. ¿Sería útil una definición de eficiencia de máquina térmica como e = W/Q L? Explique su respuesta. 9. ¿Cuáles son las áreas de temperatura alta y de temperatura baja en a) un motor de combustión interna y b) un motor de vapor? 10. ¿Qué representaría la mayor mejoría en la eficiencia de una máquina de Carnot: un aumento de 10 Co en el depósito de temperatura alta, o una disminución de 10 Co en el depósito de temperatura baja? Explique su respuesta. 11. Los océanos contienen una enorme cantidad de energía térmica (interna). ¿Por qué, en general, no es posible convertir esta energía en trabajo útil? 12. A un gas se le permite expandirse a) adiabáticamente y b) isotérmicamente. En cada proceso, ¿la entropía aumenta, disminuye o permanece igual? Explique sus respuestas.

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13. Un gas se puede expandir al doble de su volumen original, ya sea adiabática o isotérmicamente. ¿Qué proceso daría como resultado un mayor cambio en la entropía? Explique su respuesta. 14. Proporcione tres ejemplos, distintos a los mencionados en este capítulo, de procesos que ocurran naturalmente en los que el orden ceda el paso al desorden. Discuta la naturaleza observable del proceso inverso. 15. ¿Qué tiene la mayor entropía: 1 kg de hierro sólido o 1 kg de hierro líquido? ¿Por qué? 16. a) ¿Qué ocurre si se remueve la tapa de una botella que contiene gas cloro? b) ¿El proceso inverso puede ocurrir? ¿Por qué sí o por qué no? c) ¿Puede pensar en otros dos ejemplos de irreversibilidad? 17. Se pretende poner a prueba una máquina a la que el inventor llama un “acondicionador de aire al interior de la habitación” y que consiste en una gran caja, instalada en medio de un cuarto, con un cable que se enchufa en un tomacorriente. Cuando la máquina se enciende, se siente una corriente de aire frío que sale de ella. ¿Cómo se sabe que esta máquina no puede enfriar la habitación? 18. Piense en varios procesos (distintos a los ya mencionados) que obedecerían la primera ley de la termodinámica pero que, si en realidad ocurriesen, violarían la segunda ley. 19. Suponga que un montón de papeles están regados por el piso; luego se les apila cuidadosamente. ¿Esto viola la sunga ley de la termodinámica? Explique su respuesta. 20. La primera ley de la termodinámico a veces se enuncia curiosamente como “es imposible obtener algo a cambio de nada” y la segunda ley como “no se puede salir sin ganar ni perder”. Explique cómo estos enunciados podrían ser equivalentes a los enunciados formales. 21. Con frecuencia, a la entropía se le llama “flecha del tiempo” porque indica en qué dirección ocurren los procesos naturales. Si una película se corriese hacia atrás, mencione algunos procesos que podrían indicar que el tiempo está “transcurriendo al revés”. 22. Los organismos vivientes, mientras crecen, convierten moléculas de alimento relativamente simples en estructuras complejas. ¿Esto es una violación de la segunda ley de la termodinámica?

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PROBLEMAS 15-1 y 15- 2 Primera ley de la termodinámica 1. (I) Un gas ideal se expande isotérmicamente, y en el proceso realiza 3.40 x 10 3 J de trabajo. Calcule a) el cambio en energía interna del gas y b) el calor absorbido durante esta expansión. 2. (I) Un gas, encerrado en un cilindro tapado con un ligero pistón sin fricción, se mantiene a presión atmosférica. Cuando se agregan 1400 kcal de calor al gas, su volumen aumenta lentamente desde 12.0 m3 a 18.2 m3. Calcule a) el trabajo realizado por el gas y b) el cambio en la energía interna del gas. 3. (I)Un litro de aire se enfría a presión constante hasta que su volumen queda a la mitad y luego se le permite expandirse isotérmicamente de vuelta a su volumen original. Dibuje el proceso en un diagrama PV. 4. (I) Bosqueje un diagrama PV del proceso siguiente: 2.0 L de gas ideal a presión atmosférica se enfrían a presión constante a un volumen de 1.0 L y luego se expanden isotérmicamente de vuelta a 2.0 L, después de lo cual la presión aumenta a volumen constante hasta que se alcanza la presión original. 5. (II) Se permite que un volumen de 1.0 L de aire inicialmente a 4.5 atm de presión (absoluta) se expanda isotérmicamente hasta que la presión sea de 1.0 atm. Entonces se comprime a presión constante a su volumen inicial y finalmente se lleva de vuelta a su presión original al calentarlo a volumen constante. Dibuje el proceso en un diagrama PV, incluya los números y ponga nombre a los ejes. 6. (II) La presión en un gas ideal se reduce lentamente a la mitad, mientras que se mantiene en un contenedor con paredes rígidas. En el proceso, 265 kJ de calor dejan el gas. a) ¿Cuánto trabajo se realizó durante este proceso? b) ¿Cuál fue el cambio en la energía interna del gas durante este proceso? 7. (II) En un motor, un gas casi ideal se comprime adiabáticamente hasta la mitad de su volumen. Al hacerlo, se realizan sobre el gas 1850 J de trabajo. a) ¿Cuánto calor fluye hacia el gas o desde él? b) ¿Cuál es el cambio en la energía interna del gas? c) ¿Su temperatura se eleva o disminuye? 8. (II) Un gas ideal se expande a una presión total constante de 3.0 atm de 400 a 600 mL. Entonces el calor fluye fuera del gas a volumen constante, y se permite que la presión y la temperatura desciendan hasta que la temperatura alcance su valor original. Calcule a) el trabajo total realizado por el gas en el proceso y b) el flujo de calor total hacia el gas.

4

9. (II) Un mol y medio de un gas monoatómico ideal se expanden adiabáticamente y en el proceso realizan 7500 J de trabajo. ¿Cuál es el cambio en la temperatura del gas durante esta expansión? 10. (II) Considere el siguiente proceso en dos pasos. Al calor se le permite fluir fuera de un gas ideal a volumen constante de modo que su presión desciende de 2.2 a 1.4 atm. Luego el gas se expande a presión constante, de un volumen de 6.8 L a 9.3 L, donde la temperatura alcanza su valor original. Observe la figura 15-22. Calcule a) el trabajo total realizado por el gas en el proceso, b) el cambio en la energía interna del gas en el proceso y c) el flujo de calor total hacia el gas o desde él. P

a

2.2 atm

c

1.4 atm b

6.8 L

FIGURA 15-22

9.3 L

V

Problema 10

11. (II) El diagrama PV en la figura 15-23 muestra dos posibles estados de un sistema que contiene 1.35 moles de un gas monoatómico ideal. (P 1 = P2 = 455 N/m2, V1 = 2.00 m3, V2 = 8.00 m3.) a) Dibuje el proceso que muestra una expansión isobárica del estado 1 al estado 2 y designe este proceso como A. b) Determine el trabajo efectuando por el gas y el cambio en la energía interna del gas en el proceso A. c) Dibuje el proceso de dos pasos que muestra una expansión isotérmica del estado 1 al volumen V2, seguido por un aumento isovolumétrico en temperatura al estado 2, y designe este proceso como B. d) Determine el cambio en la energía interna del gas para el proceso B de dos pasos.

5

P (N/m2) 500

1 .

2 .

400 300 200 100 0

2

FIGURA 15-23

4

6

8

10

V (m3)

Problema 11.

12. (II) Cuando un gas se lleva de a a c a lo largo de la trayectoria curva de la figura 15-24, el trabajo realizado por el gas es W = -35 J y el calor agregado al gas es Q = -63 J. A lo largo de la trayectoria abc, el trabajo efectuado es W = -48 J. a) ¿Cuál es Q para la trayectoria abc? b) Si Pc = ½ Pb, ¿cuál es W para la trayectoria cda? c) Cuál es Q para la trayectoria cda? d) ¿Cuál es Ua – Uc? e) Si Ud - Uc = 5 J. ¿cuál es Q para la trayectoria da?

P b

c

a

d FIGURA 15-24 Problemas 12 y 13.

0

V

13. (III) En el proceso de llevar un gas del estado a al estado c a lo largo de la trayectoria curva mostrada en la figura 15-24, 80 J de calor dejan el sistema y 55 J de trabajo se realizan sobre el sistema. a) Determine el cambio en la energía interna, Ua – Uc. b) Cuando el gas se lleva a lo largo de la trayectoria cda, el trabajo realizado por el gas es W = 38 J. ¿Cuánto calor Q se agrega al gas en el proceso cda? c) Si Pa = 2.5 Pd, ¿cuánto trabajo efectúa el gas en el proceso abc? d) ¿Cuál es Q para la trayectoria abc? e) Si Ua – Ub = 10 J, ¿cuál es Q para el proceso bc? He aquí un resumen de los datos:

6

Qa

c

= - 80J

Wa

c

= -55J

Wcda = 38J Ua – Ub = 10 J Pa = 2.5 Pd

15-3 Metabolismo humano 14. (I) ¿Cuánta energía transformaría la persona del ejemplo 15-8 si, en lugar de trabajar 11.0 h, toma un receso por la tarde y corre durante 1.0 h? 15. (I) Calcule la tasa metabólica promedio de una persona que duerme 8.0 h, se sienta frente a un escritorio 8.0 h, realiza una actividad ligera durante 4.0 h, mira televisión 2.0 h, juega tenis 1.5 y corre 0.5 h diariamente. 16. (II) Una persona decide perder peso durmiendo una hora menos por día y dedicando ese tiempo a realizar una actividad ligera. ¿Cuánto peso (o masa) espera perder esta persona en 1 año, si no modifica su ingesta de alimentos? Suponga que 1 kg de grasa almacena 40.000 kJ de energía.

15-5 Máquinas térmicas 17. (I) Una máquina térmica expulsa 8200 J de calor mientras realiza 3200 J de trabajo útil. ¿Cuál es la eficiencia de esta máquina? 18. (I) Una máquina térmica realiza 9200 J de trabajo por ciclo mientras absorbe 22.0 kcal de calor de un depósito de temperatura alta. ¿Cuál es la eficiencia de esta máquina? 19. (I) ¿Cuál es la eficiencia máxima de una máquina térmica cuyas temperaturas operativas son 580 y 380oC? 20. (I) La temperatura de escape de una máquina térmica es 230 oC. ¿Cuál debe ser la temperatura alta si la eficiencia de Carnot es del 28%? 21. (II) Una planta nuclear opera al 75% de su eficiencia teórica máxima (Carnot) entre temperaturas de 625 y 350oC. Si la planta produce energía eléctrica a una tasa de 1.3 GW, ¿cuánto calor de escape se descarga por hora? 22. (II) No es necesario que el ambiente caliente de una máquina térmica sea más caliente que la temperatura ambiente. El nitrógeno líquido (77 K) es casi tan barato como el agua embotellada. ¿Cuál sería la eficiencia de un motor que

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utiliza el calor transferido del aire a temperatura ambiente (293 K) al “combustible” de nitrógeno líquido (figura 15-25)?

FIGURA 15-25 Problema 22. 23. (II) Una máquina de Carnot efectúa trabajo a la tasa de 440 kW mientras usa 680 kcal de calor por segundo. Si la temperatura de la fuente de calor es de 570oC, ¿a qué temperatura se expulsa el calor de desecho? 24. (II) Las temperaturas operativas de una máquina de Carnot son 210 y 45oC. La salida de potencia de la máquina es de 950 W. Calcule la tasa de salida de calor. 25. (II) Cierta central eléctrica produce 550 MW de potencia eléctrica. Estime el calor descargado por segundo, si se supone que la planta tiene una eficiencia del 38%. 26. (II) Una máquina térmica utiliza una fuente de calor a 550 oC y tiene una eficiencia ideal al 35%. ¿cuál debe ser la temperatura de la fuente de calor? 27. (II) Una máquina térmica expulsa su calor a 350oC y tiene una eficiencia de Carnot del 39%. ¿Qué temperatura de expulsión permitiría lograr una eficiencia de Carnot del 49%? 28. (III) En una central eléctrica de vapor, los motores de vapor trabajan en pares, y la salida de calor de uno es la entrada de calor aproximada del segundo. Las temperaturas operativas del primero son 670 y 440oC, y del segundo 430 y 290oC. Si el calor de combustión de carbón es 2.8 x 107 J/kg, ¿a qué tasa se debe quemar el carbón si la planta va a producir 1100 MW de potencia? Suponga que la eficiencia de los motores es el 60% de la eficiencia ideal (Carnot).

15-6 Refrigeradores, acondicionadores de aire, bombas térmicas 29. (I) La temperatura baja del serpentín de un congelador es -15oC, y la temperatura de descarga es 30oC. ¿Cuál es el coeficiente de operación teórico máximo?

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30. (II) Un refrigerador-congelador ideal opera con un COP = 7.0 en una habitación de 24oC. ¿Cuál es la temperatura en el interior del congelador? 31. (II) Un refrigerador de un restaurante tiene un coeficiente de operación de 5.0. Si la temperatura en la cocina donde está el refrigerador es de 29 oC, ¿cuál es la temperatura más baja que se podría obtener adentro del refrigerador si fuese ideal? 32. (II) Una bomba térmica se usa para mantener una casa caliente a 22oC. ¿Cuánto trabajo se requiere de la bomba para entregar 2800 J de calor en la casa, si la temperatura exterior es de a) 0OC, b) -15oC? Suponga un comportamiento ideal (Carnot). 33. (II)¿Qué volumen de agua a 0oC puede convertir en cubos de hielo un congelador en una hora, si el coeficiente de operación de la unidad congeladora es 7.0 y la entrada de potencia es 1.0 kilowatt? 34. (II) Una máquina ideal (Carnot) tiene una eficiencia del 35%. Si fuese posible hacerlo operar “en reversa” como una bomba térmica, ¿cuál sería su coeficiente de operación?

15-7 Entropía 35. (I) ¿Cuál es el cambio en la entropía de 250 g de vapor a 100 oC cuando se condensa en agua a 100oC? 36. (I) Un kilogramo de agua se calienta de 0oC A 100oC. Estime el cambio en la entropía del agua. 37. (I) ¿Cuál es el cambio en la entropía de 1.00 m3 de agua a 0oC cuando se congela en hielo a 0oC? 38. (II) Si 1.00 m3 de agua a 0oC se congela y enfría a – 10oC por estar en contacto con una gran cantidad de hielo a -10oC, ¿cuál sería el cambio total en la entropía del proceso? 39. (II) Una caja de 10.0 kg que tiene una rapidez inicial de 3.0 m/s se desliza a lo largo de una tabla rugosa y llega al reposo. Estime el cambio total en la entropía del universo. Suponga que todos los objetos están a temperatura ambiente (293 K). 40. (II) Una roca que cae tiene energía cinética EC justo antes de golpear el suelo y llegar al reposo. ¿Cuál es el cambio total en la entropía de la roca más los alrededores como resultado de esta colisión?

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41. (II) Una barra de aluminio conduce 7.50 cal/s de una fuente caliente que se mantiene a 240oC hacia un gran cuerpo de agua a 27oC. Calcule la tasa a la que crece la entropía por unidad de tiempo en este proceso. 42. (II) 1.0 kg de agua a 30oC se mezclan con 1.0 kg de agua a 60oC en un contenedor bien aislado. Estime el cambio neto en la entropía del sistema. 43. Una pieza de aluminio de 3.8 kg a 30oC se coloca en 1.0 kg de agua en un contenedor de espuma de estireno a temperatura ambiente (20 oC). Calcule el cambio neto aproximado en la entropía del sistema. 44. (III) Una máquina térmica real que trabaja entre depósitos de calor a 970 K y 650 K produce 550 J de trabajo por ciclo para una entrada de calor de 2200 J. a) Compare la eficiencia de esta máquina real con la de una máquina ideal (Carnot). b) Calcule el cambio total en la entropía del universo, por ciclo, de la máquina real. c) Calcule el cambio total en la entropía del universo, por ciclo, de una máquina de Carnot que opera entre las mismas dos temperaturas.

15-11 Interpretación estadística 45. (II) Calcule las probabilidades, cuando se lanzan dos dados, de obtener a) un 5 y b) un 11. 46. (II) Clasifique las siguientes manos de cinco cartas en orden creciente de probabilidades: a) cuatro ases y un rey; b) seis de corazones, ocho de diamantes, reina de bastos, tres de corazones, jack de espadas; c) dos jacks, dos reinas y un as; y d) cualquier mano que no tenga dos caras de igual valor. Discuta su clasificación en términos de microestados y macroestados. 47. (II) Suponga que se agitan repetidamente seis monedas en la mano para luego soltarlas sobre el suelo. Elabore una tabla que muestre el número de microestados que correspondan a cada macroestados. ¿Cuál es la probabilidad de obtener a) tres caras y tres cruces y b) seis caras?

15-12 Recursos energéticos 48. (I) Las celdas solares (figura 15-26) pueden producir aproximadamente 40W de electricidad por metro cuadrado de superficie si encuentran directamente bajo los rayos del Sol. ¿Cuál debe ser el área de estas celdas para satisfacer las necesidades de una casa que requiere 22 k Wh/ día? ¿Esto cabría en el techo de una casa promedio? (Suponga que el Sol brilla aproximadamente 9 h/día).

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FIGURA 15-26 Problema 48.

49. (II) La energía se puede almacenar para su uso durante la demanda pico bombeando agua hacia un depósito elevado cuando la demanda es baja y luego liberándola para activar turbinas cuando se necesita. Suponga que el agua se bombea a un lago a 135 m sobre las turbinas, a una tasa de 1.00 x 10 5 kg/s durante 10.0 h por la noche. a) ¿Cuánta energía (kWh) se necesita para realizar esto cada noche? b) Si toda esta energía se libera durante 14 h al día, al 75% de eficiencia, ¿cuál es la salida promedio de potencia? 50. (II) El agua se almacena en un lago artificial creado por una presa (figura 15-27). La profundidad del agua es de 45m en la presa y se mantiene una tasa de flujo estable de 35m3/s por medio de turbinas hidroeléctricas instaladas cerca de la base de la presa. ¿Cuánta potencia eléctrica se puede producir?

FIGURA 15-27 Problema 50.

PROBLEMAS GENERALES 51. Un inventor afirma haber diseñado y construido una máquina que produce 1.50 MW de trabajo útil mientras toma 3.00 MW de energía térmica a 425 K y rechaza 1.50 MW de energía térmica a 215 K. ¿Hay algo sospechoso en esta afirmación? Explique su respuesta. 52. Cuando 5.30 x 105 J de calor se agregan a un gas encerrado en un cilindro ajustado con un pistón ligero sin fricción que se mantiene a presión atmosférica, el volumen aumenta de 1.9 a 4.1 m3. Calcule a) el trabajo realizado

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por el gas y b) el cambio en la energía interna del gas. c) Grafique este proceso en un diagrama PV. 53. Un motor de gasolina de 4 cilindros tiene una eficiencia de 0.25 y entrega 220 J de trabajo por ciclos por cilindro. Cuando el mo-tor trabaja a 45 ciclos por segundo, a) ¿cuál es el trabajo realizado por segundo? b) ¿Cuál es la entrada de calor total por segundo desde el combustible? c) Si el contenido de energía de la gasolina es de 35 MJ por litro, ¿cuánto dura un litro? 54. Un refrigerador “Carnot” (lo inverso de una máquina de Carnot) absorbe calor del compartimiento de congelador a una temperatura de -17oC y lo expulsa en la habitación a 25oC. a) ¿Cuánto trabajo debe realizar el refrigerador para cambiar 0.50 kg de agua a 25oC en hielo a -17oC? b) Si la salida del compresor es de 210W, ¿qué tiempo mínimo se necesita para lograr esto? 55. Se ha sugerido que se podría desarrollar una máquina térmica que utilice la diferencia de temperatura entre el agua en la superficie del océano y la que se encuentra a varios cientos de metros de profundidad. En los trópicos, las temperaturas suelen ser de 27 y 4oC, respectivamente. a) ¿Cuál es la eficiencia máxima que podría tener tal máquina? b) ¿Por qué puede ser factible tal máquina a pesar de la baja eficiencia? c) ¿Cuáles serían algunos efectos ambientales adversos que esto podría traer? 56. Dos automóviles de 1100 kg viajan a 95 km/h en direcciones opuestas cuando chocan y llegan al reposo. Estime el cambio en la entropía del universo como resultado de esta colisión. Considere que T = 20oC. 57. Una taza de aluminio aislada de 120 g a 15oC está llena con 140 g de agua a 50oC. Después de unos minutos, se alcanza el equilibrio. a) Determine la temperatura final y b) estime el cambio total en la entropía. 58. a) ¿Cuál es el coeficiente de operación de una bomba térmica ideal que extrae calor del aire exterior a 6oC y deposita calor dentro de una casa a 24oC? b) Si esta bomba térmica opera a 1200 W de potencia eléctrica, ¿cuál es el calor máximo que puede entregar a la casa cada hora? 59. La quema de gasolina en un automóvil libera aproximadamente 3.0 x 10 4 kcal/gal. Si un automóvil promedia 41 km/gal cuando se conduce a 90 km/h, lo que requiere 25hp, ¿cuál es el coeficiente del motor en tales condiciones? 60. Una máquina de Carnot tiene una temperatura operativa más baja TL = 20oC y una eficiencia del 3%. ¿En cuántos kelvins se debe aumentar la temperatura operativa alta TH para lograr una eficiencia del 40%? 61. Calcule el trabajo efectuado por un gas ideal al ir del estado A al estado C en la figura 15-28 para cada uno de los siguientes procesos: a) ADC y b) ABC y c) AC directamente.

12

P B

PC

PA

C

D

A

0

VA

VC

V

FIGURA 15-28 Problema 61.

62. Una central eléctrica eficiente al 33% saca 850 MW de potencia eléctrica. Se usan torres de enfriamiento para llevarse el calor de escape. a) Si se permite una elevación de la temperatura del aire de 7.0 Co, estime qué volumen de aire (km3) se calientan por día. ¿El clima local se calentará significativamente? b) Si el aire calienta formara una capa de 200m de grosor, estime cuán grande sería un área cubierta durante 24 h de operación. Suponga que el aire tiene una densidad de 1.2 kg/m3 y que su calor específico es aproximadamente 1.0 kJ/kg/Co a presión constante. 63. Una central eléctrica entrega energía a 980 MW con el uso de turbinas de vapor. El vapor pasa a turbinas supercalentadas a 625 K y deposita su calor no utilizado en agua de río a 285 K. Suponga que la turbina opera como una máquina ideal de Carnot. a) Si la tasa de flujo del río es de 37 m3/s, estime el aumento de temperatura promedio del agua del río inmediatamente corriente debajo de la central. b) ¿Cuál es el aumento en la entropía por kilogramo de la corriente del río en J/kg.K? 64. Un motor de automóvil de 100 hp opera aproximadamente al 15% de eficiencia. Suponga que la temperatura del agua del motor de 85 oC es su depósito de temperatura fría (escape) y que 495oC es su temperatura de “admisión” térmica (la temperatura de la mezcla gas y aire que explota). a)¿Cuál es la razón entre su eficiencia relativa y su máxima eficiencia posible (Carnot)? b) Estime cuánta potencia(en watts) se ocupa en mover el automóvil, y cuánto calor, en joules y en Kcal, se expulsan al aire en 1.0 h. 65. Un gas ideal se coloca en un frasco cilíndrico alto de 0.080m2 de área transversal. Un pistón móvil sin fricción de 0.10 kg se coloca verticalmente en el frasco de modo que el peso del pistón está sostenido por la presión del gas en

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el frasco. Cuando el gas se calienta (a presión constante) de 25 a 55 oC, el pistón se eleva 1.0 cm. ¿Cuánto calor se requiere para este proceso? Considere la presión atmosférica exterior. 66. Metabolizar 1.0 kg de grasa da como resultado aproximadamente 3.7 x 10 7 J de energía interna en el cuerpo. a) En un día, ¿cuánta grasa quema el cuerpo para mantener la temperatura de una persona que está en la cama y que realiza su metabolismo a una tasa promedio de 955 W? b) ¿Cuánto tomaría quemar 1.0 kg de grasa de esta forma, si se supone que no hay ingesta de alimentos? 67. Un acondicionador de aire ideal mantiene la temperatura interior de una habitación en 21oC cuando la temperatura exterior es de 32oC. Si 5.3 kW de potencia entran a la habitación a través de las ventanas en forma de radiación directa proveniente del Sol, ¿cuánta potencia eléctrica se ahorraría si las ventanas estuvieran sombreadas de modo que la cantidad de radiación se redujera a 500 W? 68. Un deshumidificador es en esencia un “refrigerador con la puerta abierta”. Un ventilador jala el aire húmedo y lo guía a un serpentín frío, donde la temperatura es menor que el punto de rocío, y parte del agua del aire se condensa. Luego se extrae esta agua, el aire se calienta de nuevo a su temperatura original y se envía a la habitación. En un deshumidificador bien diseñado, el calor se intercambia entre el aire de entrada y el de salida. De esta forma, el calor que se remueve mediante el serpentín refrigerador proviene principalmente de la condensación del vapor de agua a líquido. Estime cuánta agua se remueve en 1.0 h mediante un deshumidificador ideal, si la temperatura de la habitación es de 25oC, el agua se condensa a 8oC y el deshumidificador realiza trabajo a una tasa de 600 W de potencia eléctrica.

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