GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: TEST DE FÍSICA
para imprimir(pdf)
volver a inicio
SOLUCIÓN(pdf) para imprimir

TERMODINÁMICA 20. Máquinas térmicas. Segundo principio termodinámico.

 

 

381. En todas las civilizaciones, y desde el siglo XII, se han creído inventar ingenios, que se movieran sin esfuerzo externo alguno, eran los móviles perpetuos que surgieron en las  ferias, y en las novelas, casi siempre denostadas por los científicos. En 1803, el padre de uno de los científicos mas importantes en el campo de las máquinas térmicas, Sadi Carnot, en su libro” Principios fundamentales del equilibrio y movimiento” manifestaba que  el móvil perpetuo era imposible, ello se demostró posteriormente porque:

a)      No se cumplía el principio de conservación de la energía

b)      No se ajustaba al primer principio de Termodinámica

c)      No se cumplía un ciclo termodinámico

d)      No se mantenía constante la temperatura

 

 

 

382. Los móviles perpetuos que no cumplían el primer principio de termodinámica, se denominaron de primera especie. Era evidente que el trabajo se podría convertir en calor, por eso nos frotamos para calentar las manos, sin embargo lo contrario no era posible del todo. El dispositivo que lo producía se denominó máquina térmica, en ella:

a)      Todo el trabajo se convertía en calor

b)      Sólo se convertía en trabajo la energía interna

c)      La variación de la energía interna era cero

d)      Sólo una parte de la energía calorífica  se convertía en trabajo

 

 

 

383. Al afirmar la necesidad de dos focos térmicos con diferente temperatura para que un sistema pudiera transformar el calor en trabajo, estaba enunciando Carnot, el segundo principio de termodinámica (uno de los múltiples enunciados), que podría circunscribirse a la imposibilidad de efectuar trabajo a partir de una sola fuente calorífica. Las máquinas que no la cumplían se denominaron móviles perpetuos de segunda especie, mientras que las que incumplían también el primer principio, serían los de tercera especie. Así si un barco se impulsara únicamente a partir de la energía calorífica extraída del mar, podría considerarse un móvil perpetuo de:

a)  Tercera especie                 b)  Segunda especie                c) Primer especie

 

 

 

384. El objetivo inicial de  una máquina térmica fue producir movimiento a partir del calor, esta idea se plasmó en la antigua Grecia, en la eolipila de Herón de Alejandría (IIa.C.) En ésta, el movimiento se producía al salir vapor de agua por orificios estratégicos de  un calderín capaz de girar unido a la caldera donde se calentaba el agua, por aplicación del principio de acción y reacción. En ella, la energía calorífica se transformaba en:

a) Trabajo de rozamiento

b) Energía cinética de rotación

c) Energía interna de las moléculas de vapor de agua

d) Fuerza para hacer girar la esfera

 

 

 

385.Aprovechando el llamado “poder del vapor de agua”, y a finales del siglo XVII, los ingenieros ingleses y franceses crean las primeras máquinas de vapor, que levantan cargas, mueven molinos, desplazan pesa-das piezas, tales como los ingenios de Papin(1647-1712), inventor de la olla a presión, Savery (1650-1715), de Newcamen (1663-1729, en la figura y la máquina de Watt (1736-1819), con la que se inició la revolución industrial. En todas ellas:

a) Toda la energía calorífica se transforma en trabajo

b) Toda la energía calorífica se transforma en energía interna

c) Solo una parte de la energía calorífica se transforma en trabajo

 

388. El nombre de Sadi, se lo pusieron en honor a un poeta persa del siglo XIII, Sadi Musharif, muy de moda en París en la época revolucionaria. Su padre Lázaro, había demostrado que los móviles perpetuos eran imposibles. Él  establece lo que sería llamado posteriormente segundo principio de termodinámica (todavía no se había enunciado el primero), indicando que “la potencia motriz de las máquina solo depende  de las temperaturas entre la que se transporta el calórico”. Sin embargo en las notas que dejó  no publicadas, debido a su temprana muerte, se declaraba escéptico en la conversión del calor en trabajo. El esquema que da para una máquina térmica de todos los dados

 

 

 

386. Sadi Carnot (1796-1832), ingeniero francés, apasionado por la máquina de vapor, las estudia y elabora toda una explicación  creando la máquina ideal cíclica que lleva su nombre. En 1824 expone  sus argumentos en  Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas”. Supuso que la potencia motriz  de la máquina térmica  procedía del paso del calórico (todavía existía  dicha teoría) desde un depósito de calor, caldera u  hogar hasta otro frío que actuaba como un sumidero de calor, condensador o refrigerante. Naturalmente  la máquina de Carnot, se ideó  cuando todavía no se había estudiado la conversión de calor en trabajo (1840), ni enunciado las primeras leyes termodinámicas (1840-1850). En contra de lo que se cree Carnot  nunca definió un rendimiento para su máquina, sino que enunció su “máximo servicio”, esto es la máxima cantidad de agua que sería elevada para una cantidad de carbón empleada en calentar la caldera. Actualmente se definiría como la relación entre:

a) La energía interna consumida y el trabajo desarrollado

b) El trabajo desarrollado y la energía calorífica consumida

c) La energía calorífica consumida y el trabajo desarrollado

d) La temperatura del foco caliente y la del foco frío

 

 

387. El rendimiento de una máquina de Carnot depende:

a)  De los moles de gas encerrados en ella

b) Solo de la temperatura de los focos caliente y frío

c) De la diferencia de temperatura entre  los focos caliente y frío

d) Sólo de la temperatura del foco caliente

 

 

será el   a) A                                                b) B                                                             c) C           d) D

 

 

 

389*. El rendimiento de cualquier dispositivo se define como la relación entre energía útil producida y toda la energía recibida. Si lo aplicamos a una máquina térmica que funciona según un ciclo de Carnot, diremos que:

a) Nunca puede ser del 100%                       

b)El máximo rendimiento se dará cuanto la diferencia entre las temperaturas de los focos sea mayor    

c) El rendimiento será mayor si T2>T1         

d) El rendimiento será 0 si T2=T1

 

 

 

390*. Una máquina de Carnot opera entre dos focos que se encuentran a 100ºC y 0ºC. Si la máquina recibe 1000J por ciclo, dirás que:

a) El rendimiento de la máquina es aproximadamente del 27%

b) El trabajo realizado por dicha máquina es de 2000J

c) La cantidad de calor tomada de la fuente caliente es de 1000J

d) La cantidad de calor devuelta a la fuente fría es de268J

 

 

 

 

391. Un motor térmico con un rendimiento real del 25%, trasmite energía a una fuente fría a 27ºC. Dirás que la temperatura del foco caliente será en grados Celsius de:

a) 127     b) 27    c) 75     d)100

 

392. Sadi Carnot, murió muy joven a los 36 años, en una epidemia de cólera que asoló la región de París, pero sus años como científico fueron muy fructíferos pues describió una máquina térmica ideal en la cual una sustancia tal como el vapor de  agua, encerrado en un cilindro unido a un pistón, en una primera fase se expansionaba en contacto con la caldera u hogar, tomando el calor suficiente para mantener constante su temperatura. En la segunda fase, se aislaba el depósito, con lo que la sustancia que continuaba expansionándose disminuía su temperatura. En la tercera, la sustancia en contacto con el foco frío (condensador o refrigerante) se comprimía liberando el calor suficiente para mantener  constante su temperatura. Por fin en la cuarta fase, se aislaba la sustancia del sumidero, de forma que al continuar su compresión  la temperatura aumentaba hasta alcanzar las condiciones iniciales, con lo que se cerraba el ciclo.

Según eso el gráfico P/V que mejor justifica el proceso, de los dados:

 

 

el correcto sería el : a) A   b) B   c) C          d) D

 

 

398*. El segundo principio de termodinámica, en sus diferentes enunciados asegura la imposibilidad de construir un dispositivo que convierta íntegramente:

a) El trabajo recibido en calor suministrado a una fuente única

b) El calor extraído de una fuente a temperatura constante, en trabajo

c) El calor recibido de una única fuente en trabajo útil

d) El trabajo suministrado en calor en calor intercambiado entre la fuente a menor temperatura y la de mayor

 

399.  A partir de las máquinas térmicas, Clausius definió la variación de entropía  como la relación entre el calor intercambiado y la temperatura a la que se produce dicho intercambio, por ese motivo, será nula solo en las transformaciones:

a) Isocóricas  

b) Adiabáticas  

c) Isobáricas                                                    

d) Isotermas

 

400. Las unidades de la entropía en el sistema internacional son: a) J/ºC   b) J /K   c) kJ   d) J

 

395. Si recorremos el ciclo de Carnot en sentido contrario, tenemos una máquina refrigeradora de Carnot, por ello de todos los esquemas dados

El único que la representa es el:

a)A    b) B    c)C    d)D

 

 

 

 

 

396. El rendimiento de un refrigerador de todas las expresiones dadas:

a)                                        b)    

c)                                            d)

 

 

 

 

El único correcto será el: a) A                     b) B                                                             c) C           d) D

 

 

 

397.  Los motores de combustión interna, la mayoría de los coches de gasolina, funcionan según un ciclo termodinámico llamado de Otto, estaba  formado por dos adiabáticas y dos isocóricas, por eso de todos los dados:

 

 

 

es el  a) A        b) B     c) C     d) D

 

 

 

393.Una máquina térmica que opere según el ciclo de Carnot, efectuará:

a)  Dos adiabáticas y dos isocoras                                  b) Dos adiabáticas y dos isobaras

c) Dos adiabáticas y dos isotermas                                      d) Dos isobaras y dos isocoras

 

 

394*. Un motor de Carnot A recibe calor de una fuente caliente a 2500K y lo devuelve a 1500K, a otro motor B, que a su vez lo devuelve a una fuente a 900K. Si la fuente a mayor temperatura suministra 500J,  dirás que :

a) El rendimiento del motor A es del 30%

b) El rendimiento del motor B es del 40%

c) El trabajo efectuad por A es de 250J

d) El trabajo efectuado por B es 120J