Ciclo de Carnot y sus etapas:
Fuente: [ CITA CITATION EHU15 \l 25! "
El ciclo de Carnot es aquel que se lleva a cabo con un gas ideal, este ciclo en particular es reversible y se divide en dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas. Este ciclo cuenta de 4 etapas las cuales llamaremos A, B, C y D.
El primer cambio se realia de A!B y es una e"pansi#n isotérmica. Al ser un proceso isotérmico la temperatura se mantiene constante y se considera como $%. El segundo proceso es aquel que ocurre desde B!C y es un proceso de e"pansi#n adiabático. Es decir, no se gana ni se pierde ca lor, pero si se realia traba&o. El tercer proceso es aquel que va de C!D y es una compresi#n isotérmica. 'a temperatura es constante al igual que en el primer proceso, pero a(ora es $). El *ltimo proceso es el que va de D!A y es proceso de compresi#n adiabática. Al igual que en el segundo proceso no (ay intercambio de calor, ca lor, pero si e"iste traba&o.
Al traba& ba&ar con con el ciclo de Carnot los datos inici niciaales que se poseen son+ P A , V A , V B , T 1 y T 2 . ara ara encon encontr trar ar el rest resto o de dato datoss los los cálcu cálculo loss se detal detalla lará rán n a continuaci#n, nuestras inc#gnitas son+ PB , PC , P D , V C y V D . PROCESO 1, A-B:
PB + se calcula por la ecuaci#n del gas ideal+ PB∗V B =nR T 1 'a variaci#n variaci#n de energ-a energ-a interna desde A!B A!B es , es decir el traba&o y el calor deben ser iguales y el traba&o en este proceso A!B se calcula de la siguiente manera+ W A
−
B=
nRT nR T 1 ln
V B V A
PROCESO 2, B-C:
'as dos ecuaci ecuaciones ones de los procesos procesos adiabáti adiabáticos cos son+ ara (allar /c utiliamos la siguiente ecuaci#n+
PV P V
φ
=
φ−1
cte yT V
=
cte .
φ −1
T 1 V B
=
φ −1
T 2 V C
Después de obtener /c podemos obtener c a partir de la ecuaci#n de los gases ideales+ PC ∗V C =nR T 2 El Calor en este tipo de procesos es cero, siendo el traba&o el negativo de la variaci#n de la energ-a interna, desde B!C. 'a energ-a interna de este tipo de procesos se calcula de la siguiente manera+ ∆ U B−C =n c V ( T 2−T 1 )
PROCESO 3, C-D:
0e realia e"actamente lo mismo que en el primer paso, siendo la energ-a interna cero y se utilia la siguiente f#rmula para calcular el traba&o, el cual será igual que el calor+ V C W C D=nR T 1 ln V D −
PROCESO 4, D-A:
0e repite lo que se (io en el segundo proceso e"actamente solo cambiando las variables por P D y V D Al igual que en el segundo proceso el traba&o de D!A será igual al valor negativo de la energ-a interna de D!A.
CICLO COMPLETO:
/ariaci#n de la energ-a interna+ al ser un ciclo reversible la variaci#n de energ-a interna será cero. 'os traba&os de los procesos adiabáticos son iguales y opuestos, esto nos conduce a la siguiente ecuaci#n para determinar el traba&o final del ciclo+ V B W TOTAL= nR ( T 1 −T 2 ) ln V A
Bibliografía EHU. (2015). El ciclo de Carnot . Obtenido de hp://www.sc.ehu.es/sbweb/fsica/estadisca/canot/canot.ht!
E&ercicio 1esuelto+
%. 2na máquina frigor-fica de Carnot opera como un refrigerador, traba&a entre dos fuentes, las cuales se encuentran entre una temperatura de %3C y !3C. 0i la máquina recibe 356 de potencia, determinar+ a. El coeficiente de realiaci#n del refrigerador. T A =15 + 273 =288 ° K T B=−5 + 273 =26 8 ° K
β RC =
1
T A T B
=¿
−1
%7.4
❑
b. El calor de la fuente de alta 8%3C9 en 5:;s β RC =
QB W C
Q B=5000
kJ kJ ∗13.4= 67000 s s
c. El calor de la fuente de ba&a 8!3C9 en 5:;s
Q A =Q B + W C =67000
KJ KJ kJ + 5000 =72000 s s s
