Ejercicios: Ciclos termodinámicos: el ciclo de Carnot

Describí cuáles son las cuatro etapas del ciclo de Carnot, indicando para cada una si es isotérmica o adiabática y si el gas se expande o se comprime.

Una máquina de Carnot trabaja entre una fuente caliente a $600\ \text{K}$ y una fuente fría a $300\ \text{K}$. Calculá su rendimiento y expresalo en porcentaje.

Una máquina térmica toma $2.000\ \text{J}$ de calor de la fuente caliente y cede $1.200\ \text{J}$ a la fuente fría en cada ciclo. Calculá el trabajo útil que realiza por ciclo y su rendimiento.

Una máquina de Carnot opera entre una caldera a $527\ °\text{C}$ y un ambiente a $27\ °\text{C}$. Convertí las temperaturas a kelvin y calculá el rendimiento máximo posible. Si en cada ciclo toma $5.000\ \text{J}$ de la caldera, calculá el trabajo que entrega y el calor que cede al ambiente.

Tania diseña una máquina de Carnot que entrega $3.000\ \text{J}$ de trabajo por ciclo y cede $9.000\ \text{J}$ a la fuente fría, que está a $300\ \text{K}$. Calculá el calor que toma de la fuente caliente, el rendimiento de la máquina y la temperatura de la fuente caliente.

Una máquina de Carnot trabaja con una fuente fría a $300\ \text{K}$. Compará su rendimiento cuando la fuente caliente está a $400\ \text{K}$ y cuando está a $900\ \text{K}$. Interpretá el resultado: ¿qué conviene hacer para aumentar el rendimiento, subir la temperatura de la fuente caliente o bajar la de la fuente fría? Justificá con los valores.

Un inventor afirma haber construido una máquina térmica que opera entre $500\ \text{K}$ y $300\ \text{K}$, que toma $4.000\ \text{J}$ por ciclo de la fuente caliente y entrega $2.000\ \text{J}$ de trabajo. Calculá el rendimiento que declara y el máximo posible. Decidí si la afirmación es físicamente aceptable y argumentá con la segunda ley. Luego indicá cuál sería el trabajo máximo que podría entregar con ese mismo calor de entrada.

Una central térmica ideal funciona como máquina de Carnot entre vapor a $800\ \text{K}$ y un río a $300\ \text{K}$, y entrega una potencia útil de $50\ \text{MW}$. Calculá su rendimiento, la potencia calórica que debe tomar de la fuente caliente y la potencia que cede al río en forma de calor. Después analizá: ¿por qué una central real, con el mismo par de temperaturas, tiene un rendimiento menor? Mencioná al menos dos causas y explicá qué consecuencia tiene para el río, como el río Paraguay, recibir ese calor.