Biofísica Final Mar19 TA - 8 Termodinamica

8. Una máquina térmica trabaja entre dos fuentes, una de 800 K, la otra de 300 K. En cada ciclo extrae 100 J de la fuente caliente y entrega 60 J de trabajo. Entonces, es cierto que:

 viola el primer principio porque entrega menos trabajo que el calor que recibe.

Falso

Qc = L + Qf  (Primer principio)

donde

Qc = calor extraído de la fuente caliente = 100 J

Qf = calor cedido a la fuente fría

L = trabajo = 60 J

Qc  > L se cumple el primer principio

 viola el segundo principio porque entrega menos trabajo que el calor que recibe.

Falso

ΔS = - Qc/Tc + Qf/Tf  >= 0 (Segundo principio)

donde

ΔS =  variación de la entropía

Tc = temperatura de la fuente caliente = 800ºK

Tf = temperatura de la fuente fría = 300ºK

Qf = Qc – L = 100 J – 60 J = 40 J  (del primer principio)

 ΔS = - 100 J/800 ºK +  40 J/300 ºK = 0,0083  >= 0 se cumple el segundo principio

 la entropía de la máquina aumenta en cada ciclo porque debe ceder calor.

Falso

ΔS maquina = cero (ciclo)

 su rendimiento es el ideal.

Falso

Rendimiento ideal = 1 – Tf/Tc  = 1 – 300ºK / 800ºK = 62,5 %

Rendimiento real = L / Qc = 60 J/100J = 60 %

Rendimiento real < rendimiento ideal

 su rendimiento es de 40%.

Falso

Rendimiento real = 60 % ≠ 0,40 %

 su rendimiento sería el máximo si la fuente fría tuviera una temperatura de 320 K.

Verdadero

Rendimiento máximo = rendimiento ideal = 0,60

Rendimiento ideal = 1 – Tf/Tc  = 1 – Tf / 800ºK = 0,60

Despejando Tf = (1 – 0,60) 800 ºK =  320ºK