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WorksheetsBloque 3.2 Máquinas térmicas
Total questions: 69
Worksheet time: 35mins
¿Qué afirma la ley cero de la termodinámica sobre tres sistemas A, B y C en equilibrio térmico?
Si C se enfría, A y B se calientan por igual
Si A transfiere calor a C, B transfiere a A
Si A y C comparten temperatura, B será más frío
Si A y C están en equilibrio y B y C también, A y B comparten temperatura
Si A está con C y B con C, A y B difieren
La primera ley de la termodinámica establece que en un sistema aislado la energía total:
Se crea con calor adicional agregado
Aumenta cuando la temperatura baja
Disminuye al transformarse en trabajo
Desaparece al convertirla en potencial
Permanece constante, cambiando de forma
Según la segunda ley, el calor de manera espontánea fluye:
En ambas direcciones, sin restricción
Del caliente al frío, de forma natural
Únicamente en sistemas perfectamente cerrados
Del frío al caliente, sin excepción
Solo si no hay entropía presente
¿Qué describe mejor la entropía en procesos naturales?
Un sinónimo exacto de energía interna total
Una constante que permanece invariable siempre
La energía térmica creada por el trabajo externo
Una medida de desorden que tiende a aumentar
Una medida de orden creciente con el tiempo
La tercera ley de la termodinámica implica que alcanzar 0 K es:
Posible con enfriamiento infinito ideal
Imposible por energía térmica residual
Posible si el sistema está aislado perfecto
Viable solo con sustancias cristalinas puras
Fácil usando presión extremadamente alta
Un cubo de hielo en una habitación caliente se derrite porque:
El calor fluye del aire al hielo
El aire frío absorbe frío del hielo
La energía del hielo crea más frío
El trabajo externo reduce su temperatura
La entropía del hielo sólido aumenta
Calentar agua en una olla ejemplifica la primera ley porque:
La energía química se destruye en vapor
La energía se transforma en energía térmica
La energía del fuego desaparece al hervir
La energía se crea a partir de la llama
El agua pierde energía total al calentarse
Selecciona la afirmación correcta sobre equilibrio térmico:
Sistemas en equilibrio poseen igual volumen
Sistemas en equilibrio igualan su masa total
Sistemas en equilibrio tienen igual presión siempre
Sistemas en equilibrio comparten misma temperatura
Sistemas en equilibrio no intercambian trabajo
En términos de entropía, el estado líquido del agua frente al sólido es:
Más desordenado con mayor libertad molecular
Igualmente ordenado que el sólido puro
Totalmente ordenado sin movimiento alguno
Menos desordenado con vibración limitada
Más ordenado que el sólido estricto
Si A y B no están a la misma temperatura, pese a estar cada uno en equilibrio con C, entonces lo más probable es que:
La entropía total del universo disminuyó
C no estaba realmente en equilibrio con ambos
La primera ley deja de ser válida aquí
El calor fluye del más frío al más caliente
C tiene temperatura intermedia imposible
Para aumentar la entropía de un sistema con hielo y agua, la acción más coherente sería:
Añadir calor hasta fundir más fracción sólida
Bajar la temperatura del entorno drásticamente
Eliminar moléculas de agua para ordenar
Aislarlo perfectamente de cualquier calor
Comprimirlo hasta formar un cristal perfecto
En un experimento, un sistema pierde 200 J de energía térmica y realiza 200 J de trabajo sobre el entorno. Según la primera ley, la energía interna del sistema:
Aumenta 400 J por doble efecto
Aumenta 200 J por la pérdida de calor
Permanece sin cambio neto total
Se crea 200 J por conservación global
Disminuye 200 J por el trabajo hecho
¿Qué hace una máquina térmica en el ciclo de Carnot directo?
Expulsa calor a un foco más caliente
Toma calor solo de un foco frío
Usa trabajo externo para mover el calor
Convierte parte del calor en trabajo útil
En el ciclo de Carnot inverso, ¿cuál es la secuencia correcta?
Expulsa calor al foco frío, usa trabajo, toma del foco caliente
Hace trabajo sin tomar ni expulsar calor
Toma calor del foco caliente, hace trabajo, expulsa al foco frío
Toma calor del foco frío, usa trabajo, expulsa al foco caliente
¿Cuál es el propósito principal de una máquina calorífica?
Producir trabajo mecánico a partir de calor
Extraer calor para enfriar un espacio
Transferir calor hacia un lugar más caliente
Aumentar la temperatura del foco frío
Una bomba de calor se caracteriza por
Mover calor de frío a caliente usando trabajo
Generar trabajo a partir de calor absorbido
Expulsar calor únicamente a un foco frío
No requerir energía mecánica para operar
¿Qué dispositivo está diseñado específicamente para enfriar un espacio?
Una máquina frigorífica
Un compresor isentrópico
Un motor térmico
Una turbina adiabática
Selecciona el ejemplo que mejor corresponde a una máquina calorífica.
Aire acondicionado reversible en modo calor
Motor de combustión interna del automóvil
Sistema de calefacción con bomba de calor
Refrigerador doméstico de cocina
Si se desea calentar un edificio en invierno con alta eficiencia, ¿qué equipo es más adecuado según el material?
Una bomba de calor que traslada calor al interior
Un refrigerador extrayendo calor del exterior
Un ciclo de Carnot directo sin fuente caliente
Una máquina calorífica expulsando calor al exterior
Para lograr refrigeración, ¿qué paso NO ocurre en el ciclo de Carnot directo?
Expulsar calor a un foco caliente
Invertir el sentido natural del flujo de calor
Usar trabajo externo para mover calor al foco caliente
Tomar calor de un foco frío
¿Qué transforman los motores térmicos en su funcionamiento básico?
Electricidad en calor útil
Trabajo en calor residual
Trabajo en energía química
Calor en trabajo mecánico
En un motor térmico idealizado, ¿de dónde se absorbe el calor Qc?
Del trabajo externo
Del pistón en reposo
De una fuente fría
De una fuente caliente
Según el esquema de funcionamiento, ¿dónde se libera el calor sobrante Qf?
A una fuente fría
A la fuente caliente
Al combustible remanente
Al eje de salida
Cuál es la relación energética básica de un motor térmico según el balance mostrado
Qc = W + Qf
Qc = W − Qf
W = Qc + Qf
Qf = Qc + W
La eficiencia térmica η de una máquina calorífica se define como
Qf dividido por Qc
W dividido por Qc
Qc dividido por W
W dividido por Qf
Si un ciclo cumple Carnot, la expresión de la eficiencia es
η = Tf/Tc − 1
η = 1 − Tc/Tf
η = 1 − Tf/Tc
η = Tc/Tf − 1
¿Cuál afirmación es correcta sobre la eficiencia máxima posible?
Depende solo de Qf
Siempre es 100 por ciento
Nunca alcanza 100 por ciento
Aumenta con menor trabajo
Un motor recibe 500 J de una fuente caliente y cede 300 J a la fría. ¿Cuánto trabajo útil realiza?
500 J
300 J
800 J
200 J
Para el caso anterior, ¿cuál es la eficiencia térmica η?
0,40 o 40 por ciento
0,80 o 80 por ciento
0,60 o 60 por ciento
0,25 o 25 por ciento
Manteniendo Qc constante, ¿qué cambio aumenta la eficiencia η según η = 1 − Qf/Qc?
Disminuir Qf cedido
Aumentar Qf cedido
Mantener Qf constante
Duplicar Qf cedido
¿Qué función principal realiza una bomba de calor en un ciclo de Carnot directo?
Aumenta la entropía del foco frío sin energía
Permite que el calor fluya espontáneamente a la fuente fría
Genera trabajo convirtiendo calor en electricidad
Transfiere calor de frío a caliente usando trabajo
En una bomba de calor ideal, ¿qué expresa correctamente el balance energético?
Qc + W = Qf
Qc = Qf − W
Qf + W = Qc
W = Qc + Qf
¿Cuál es una aplicación típica de las bombas de calor mencionada?
Enfriamiento por compresión criogénica
Climatización de piscina con aerotermia
Generación eléctrica en centrales térmicas
Producción de vapor en caldera abierta
El Coeficiente de Rendimiento (COP) para calefacción se define como:
Diferencia Qc menos Qf
Qf dividido por W consumido
Qc dividido por W consumido
Tc menos Tf dividido por Tc
Según el modelo de Carnot inverso, el COP en función de temperaturas es:
Tc − Tf dividido entre Tc
Tf dividido entre Tc − Tf
Tc dividido entre Tc − Tf
Tc más Tf dividido entre Tc
En la notación del COP, ¿qué magnitud representa Qf?
Calor entregado al foco caliente en Julios
Trabajo eléctrico consumido en Julios
Calor absorbido del foco frío en Julios
Temperatura del foco caliente en Kelvin
Una bomba de calor consume 500 J y entrega 1500 J al foco caliente. Su COP es:
0,33
3
1,5
2
Si una bomba de calor tiene COP = 3, ¿qué interpretación es correcta?
Convierte 3 J de calor en 1 J de trabajo
Entrega 1 J de calor por cada 3 J eléctricos
Consume 3 J eléctricos por cada J de calor
Entrega 3 J de calor por cada J eléctrico
Para aumentar el COP en un sistema real, una estrategia coherente es:
Usar un foco frío más frío sin límites
Reducir la diferencia Tc − Tf manteniendo demandas
Aumentar Tc manteniendo Tf constante siempre
Aumentar W para elevar Qc proporcionalmente
Identifica la pareja correcta magnitud‑unidad según el material:
Temperatura en Kelvin; trabajo en Julios
Qf adimensional; COP en Julios
Temperatura en Julios; trabajo en Kelvin
Qc en Kelvin; Tc en Julios
¿Qué función principal realiza una máquina frigorífica en un ciclo de Carnot inverso?
Transfiere calor del foco frío al caliente
Aumenta la temperatura del foco frío sin energía
Transfiere calor del foco caliente al frío
Convierte calor en trabajo mecánico neto
En una máquina frigorífica ideal, ¿qué representa Qf?
Temperatura del foco caliente en Kelvin
Trabajo neto suministrado al compresor
Calor cedido al ambiente caliente
Calor extraído del espacio refrigerado
Según el balance energético de una máquina frigorífica, ¿qué ecuación es correcta?
Qf = Qc + W
Qc + W = Qf
Qf + W = Qc
W = Qc − Qf = 0
El COP de refrigeración se define como
Qf dividido por W
Qc dividido por W
W dividido por Qf
(Qc − Qf) dividido por Qc
Para un ciclo de Carnot inverso, el COP también puede expresarse como
Tf dividido por (Tc − Tf)
Tc dividido por (Tc − Tf)
(Tc − Tf) dividido por Tf
Tf dividido por Tc
¿Qué unidades tiene el COP de una máquina frigorífica?
Watts por Joule
Kelvin por Joule
Joules por Kelvin
Adimensional sin unidades
Una máquina consume 400 J y extrae 1200 J de un espacio frío. ¿Cuál es el COP?
1,5
600
0,33
3
Si el COP = 9, ¿qué interpretación es correcta?
Cede 9 unidades de calor al foco frío
Reduce la temperatura 9 Kelvin por segundo
Extrae 9 unidades de calor por unidad de energía
Consume 9 unidades de trabajo por unidad de calor
Una nevera opera entre Tf = 270 K y Tc = 300 K, ideal tipo Carnot. Aproxima el COP.
9
3
1
30
Si en una máquina frigorífica aumentan Tc y Tf se mantiene, ¿qué sucede con el COP de Carnot?
Se hace negativo
Aumenta al aumentar Tc
Permanece constante
Disminuye al aumentar Tc
En el motor térmico del esquema, ¿de dónde entra calor y hacia dónde se expulsa calor?
Entra del foco caliente, sale al foco frío
Entra de ambos focos, sale sólo por trabajo
Entra del foco frío, sale al foco caliente
Entra del ambiente, sale al mismo foco
Según la tabla comparativa, ¿qué dispositivo produce trabajo mecánico útil?
Bomba de calor doméstica
Motor térmico de combustión
Máquina frigorífica estándar
Aire acondicionado reversible
¿Qué magnitud fluye hacia el dispositivo en una bomba de calor según el esquema?
Calor desde el foco aislado
Trabajo mecánico desde el exterior
Trabajo mecánico hacia el exterior
Calor desde el foco caliente
Relaciona cada dispositivo con la dirección principal del calor útil señalado en el esquema.
Todos: calor útil hacia el foco caliente
Motor: calor útil hacia el foco frío
Frigorífico: calor útil hacia el foco frío
Bomba de calor: calor útil hacia el foco frío
Si T1>T2, ¿qué acción requiere aporte de trabajo externo para funcionar?
Convertir todo el calor en trabajo
Aumentar simultáneamente T1 y T2 sin pérdidas
Transferir calor de T1 a T2
Transferir calor de T2 a T1
¿Qué magnitud representa la potencia de una máquina térmica?
Trabajo útil por unidad de tiempo
Fuerza aplicada durante un giro
Energía térmica almacenada
Velocidad angular del eje
La unidad del Sistema Internacional para la potencia es:
Vatio, equivalente a julio por segundo
Joule, equivalente a vatio por segundo
Newton, equivalente a kilogramo por metro
Pascal, equivalente a newton por metro
En la expresión P = W/t, ¿qué representa W?
Par motor aplicado al eje
Velocidad del eje en rpm
Trabajo útil realizado en julios
Calor transferido en vatios
El par motor (torque) se define mejor como:
Trabajo realizado en una traslación lineal
Rapidez con la que varía la energía
Medida de la fuerza que hace girar un eje
Cantidad de calor emitido por el motor
La unidad del par motor en el SI es:
Newton·metro
Newton por segundo
Joule·metro
Watt·segundo
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta respecto al par motor?
Menor par siempre implica mayor velocidad angular
El par no aparece cuando hay ejes girando
Mayor par reduce la energía requerida por completo
Mayor par implica más capacidad para mover cargas
Para calcular el par motor τ en una máquina térmica necesitas conocer:
Masa y aceleración lineal
Temperatura y conductividad
Potencia útil y velocidad angular
Presión y volumen específico
Según las fórmulas mostradas, la relación correcta es:
τ = P/ω
τ = ω/P
P = τ·ω
P = W·t
Un eje gira a 3000 rpm. ¿Cuál es su velocidad angular aproximada en rad/s? (Usa ω = 2π·rpm/60)
628 rad/s aproximadamente
94,2 rad/s aproximadamente
31,4 rad/s aproximadamente
314 rad/s aproximadamente
Un motor entrega 20 kW a 3000 rpm. ¿Cuál es el par aproximado? (Usa ω ≈ 314 rad/s)
≈ 6,37 N·m
≈ 157 N·m
≈ 314 N·m
≈ 63,7 N·m
¿Qué relación correcta se usa para calcular el par motor cuando se conocen la potencia P y la velocidad angular ω?
τ = P / ω
τ = P + ω
τ = ω / P
τ = P · ω
En el ejemplo, ¿cómo se convierte una velocidad de 3000 rpm a rad/s? Usa π ≈ 3,1416.
ω = (2π × 3000)/60
ω = (π × 3000)/6
ω = (π × 3000)/30
ω = (2π × 3000)/3600
Un motor entrega 10 kW a 3000 rpm. ¿Cuál es el par aproximado?
31,8 N·m
3,18 N·m
318 N·m
0,318 N·m
Si la potencia se mantiene en 10 kW pero la velocidad angular se duplica, ¿qué ocurre con el par?
Permanece igual
Se duplica exactamente
Se reduce a la mitad
Aumenta en 31,8 N·m
