Solución Completa: un hogar está a 750 K y la temperatura ambiente a 300 K. La eficiencia de una máquina de Carnot que hace 150 J de trabajo...

Solución del ejercicio:
Un hogar está a 750 K y la temperatura ambiente a 300 K. La eficiencia de una máquina de Carnot que hace 150 J de trabajo mientras transporta energía entre estos baños de temperaturas constante es 60.0%. La máquina de Carnot debe tomar energía a 150 J/0.600 = 250 J del depósito caliente y colocar 100 J de energía por calor en el ambiente. Para seguir el razonamiento de Carnot, suponga que alguna otra máquina térmica S podría tener una eficiencia de 70.0%. a) Encuentre la entrada de energía y la salida de energía desperdiciada de la máquina S conforme consume 150 J de trabajo. b) Deje que la máquina S funcione como en el inciso a) y funcione la máquina de Carnot en reversa. Encuentre la energía total que el hogar genera a medida que ambas máquinas funcionan juntas y la energía total es transferida al ambiente. Explique cómo los resultados demuestran que se viola el enunciado de Clausius de la segunda ley de la termodinámica. c) Encuentre la entrada de energía y la salida de trabajo de la máquina S conforme saca energía de escape de 100 J. d) Deje que la máquina S funcione como en el inciso c) y aporte 150 J de su trabajo de salida para que funcione la máquina de Carnot en reversa. Encuentre la energía total que el hogar proporciona cuando ambas máquinas funcionan juntas, el trabajo total de salida y la energía total transferida al ambiente. Explique cómo los resultados demuestran que se viola el enunciado de Kelvin– Planck de la segunda ley. Por lo tanto, la suposición acerca de la eficiencia de la máquina S debe ser falsa. e) Deje que las máquinas funcionen juntas a través de un ciclo, como en el inciso d). Encuentre el cambio en entropía del Universo. Explique cómo el resultado demuestra que se viola el enunciado de entropía de la segunda ley.
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