Respuesta:
D) 148 g.
Explicación paso a paso:
Cálculo de la cantidad de vapor condensado en un motor de Carnot
1. Análisis del problema:
Un motor de Carnot opera entre dos temperaturas:
Foco caliente: Vapor de agua a 100°C (373 K)
Foco frío: Lago congelado (0°C)
El objetivo es determinar la cantidad de vapor que se condensa por ciclo para fundir 273 g de hielo.
2. Datos del problema:
Calor de fusión del hielo: 80 cal/g
Calor de condensación del vapor: 540 cal/g
Masa de hielo a fundir por ciclo: 273 g
3. Procedimiento:
a) Cálculo de la energía necesaria para fundir el hielo:
Energía = masa * calor de fusión
Energía = 273 g * 80 cal/g
Energía = 21840 cal
b) Cálculo de la eficiencia del motor de Carnot:
Eficiencia = 1 - (T_f / T_c)
Eficiencia = 1 - (273 K / 373 K)
Eficiencia = 0.273
c) Cálculo del calor absorbido por el motor:
Calor absorbido = Energía / Eficiencia
Calor absorbido = 21840 cal / 0.273
Calor absorbido = 80000 cal
d) Cálculo de la masa de vapor condensada:
Masa de vapor = Calor absorbido / Calor de condensación
Masa de vapor = 80000 cal / 540 cal/g
Masa de vapor = 148.15 g
4. Respuesta:
La cantidad de vapor que se condensa por ciclo es de aproximadamente 148 g.
5. Argumentación:
La eficiencia del motor de Carnot es menor a 1, lo que significa que no toda la energía absorbida se convierte en trabajo útil.
La cantidad de vapor condensada es mayor que la masa de hielo a fundir, ya que el motor de Carnot no es un sistema ideal.
Gráfica del ciclo de Carnot
Eje X: Entropía (S)
Eje Y: Temperatura (T)
1. Isoterma 1 (T1):
Línea recta horizontal a la temperatura T1 (373 K)
Representa la expansión del gas ideal en el foco caliente.
2. Adiabática 1:
Línea curva que va desde T1 a T2 (0°C)
Representa la expansión adiabática del gas ideal.
3. Isoterma 2 (T2):
Línea recta horizontal a la temperatura T2 (0°C)
Representa la compresión del gas ideal en el foco frío.
4. Adiabática 2:
Línea curva que va desde T2 a T1 (373 K)
Representa la compresión adiabática del gas ideal.
5. Área dentro del ciclo:
Representa el trabajo neto realizado por el motor de Carnot.
Imagen:
[Insertar una imagen de la gráfica del ciclo de Carnot]
Etiquetas:
T1: Temperatura del foco caliente
T2: Temperatura del foco frío
Q1: Calor absorbido del foco caliente
Q2: Calor cedido al foco frío
W: Trabajo neto realizado por el motor
Leyenda:
El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal que opera entre dos temperaturas fijas.
La eficiencia del ciclo de Carnot depende de la diferencia de temperatura entre el foco caliente y el foco frío.
El ciclo de Carnot es un modelo teórico que no se puede realizar en la práctica
