Unidad 2. Evidencias del Aprendizaje. Escalando el Popo: elección de modelos

Desarrollo.

Problema 1.

Un gas ideal se encuentra en un estado de equilibrio a la temperatura de T₁ y presión p₁. El gas se expande reversiblemente hasta ocupar un volumen igual al doble de su volumen inicial. Durante la expansión T varía de tal forma que, para cada estado intermedio,  donde “k” es una constante.

Para poder realizar este trabajo debemos de identificar qué tipo de transformación es, por tanto, al analizar los datos proporcionados identificamos que está es una transformación isobara. (Martín Blas & Serrano Fernandez, Primer Principio. Aplicación a procesos reversibles (3/3). Transformación Isobara)

A)     Dibuja el proceso en el diagrama p-V,

B)     Calcule el trabajo realizado por el gas en términos de R y T₁.

Observamos que la presión está dada por

Realizando la integración tenemos que:

Dado que  entonces tenemos que

Entonces tenemos que:

Para su estado inicial tenemos que:

Entonces como la

Tenemos que:

Tomando en cuenta de n equivale a 1 mol el trabajo en este gas sería el siguiente.

Problema 2.

Calcula el trabajo necesario para expandir un gas de 10 a 2 atm, si el volumen inicial es de 2 litros y el proceso sigue una trayectoria pV2=constante

Para poder realizar este problema primero tenemos que determinar cuál es el volumen final con la siguiente fórmula:

Para ello tenemos los siguientes datos:

Por tanto, se toma la constante de la ecuación de estado:

 

A partir de ello podremos calcular el trabajo usando la siguiente fórmula:

Problema 3.

Calcule la potencia de energía emitida por el Sol, considerando que la temperatura de su superficie es de 5778°K. Haga una estimación de la potencia solar recibida en la Tierra durante un año, considere que, debido a la reflexión de la luz en la atmosfera, el 30% de la potencia solar se pierde.

Tenemos los siguientes datos:

·         Área del sol (A_S) =

·      Radio de la fotosfera (r_f) =

·         Temperatura del sol (T_s) = 5778°K

·         Temperatura de la Tierra (T_T) = 288°K

·         Emisividad (ɛ) = 1

·         Constante de Stefan-Boltzmann (σ) =

·         Temperatura de la fotosfera (T_f)= 6000°K

Considerando la temperatura de la fotosfera se obtiene que:

Por lo tanto, primero tenemos que sacar el área de la fotosfera y posteriormente la energía que es emitida por la fotosfera del sol, siendo:

Considerando que la distancia entre el Sol y la tierra viene a ser  la superficie de la esfera sería la siguiente:

Por tanto, al dividir la energía total por el área se llega a obtener el flujo promedio de energía solar en las proximidades de la tierra.

Esto es conocido como la constante solar.

La energía incidente por unidad de área es:

Entonces la energía refleja cuando pierde un 30% sería de la siguiente manera:

Conclusión:

En la actualidad el uso de motores eléctricos en vehículos se consideran como la mejor opción alternativa en comparación con los motores de combustión a base de hidrocarburos, esto podría ser de mucha utilidad en el medio ambiente dado que evitaría las emisiones de contaminantes que son generados actualmente por la combustión de hidrocarburos, tales como la gasolina o el diésel, sin embargo, hasta el momento no existe una solución que se pueda decir viable para el uso de este tipo de motores, dado que existen muchos problemas con el uso de ello.

En primer lugar, en México no existen suficientes lugares donde este tipo de vehículos puedan ser recargados, por consiguiente, ese sería el principal problema, además de los altos costos de la energía eléctrica, que en comparación con la gasolina no serían viables a nivel económico. Otra de las problemáticas que se presentan con el uso de este tipo de motores, es que hasta el momento la generación de energía eléctrica no es completamente ecológica, las plantas generan una gran cantidad de contaminantes al generar este recurso. (Ramirez Apud Hoyos, Conclusión enfocada en los motores eléctricos y la tecnología ambiental, 2019)

Referencias

Martín Blas, T., & Serrano Fernandez, A. (s.f.). Universidad Politécnica de Madrid. Recuperado el 28 de octubre de 2019, de Termodinámica: http://www2.montes.upm.es/dptos/digfa/cfisica/termo1p/primerpisoc.html

Ramirez Apud Hoyos, A. A. (14 de octubre de 2019). Actividad 2. Máquina Trabajando. Mérida, Yucatán, México. Recuperado el 29 de octubre de 2019, de "C:\Users\alicia aine ramirez.000\OneDrive - Universidad Abierta y a Distancia de México\2 Semestre\Termodinámica\Unidad 2\Actividad 2. Máquina trabajando.docx"