1. Un aparato de refrigeracin elctrico extrae, por cada ciclo, 700J de calor de un centro de datos con servidores virtuales, que se encuentra a 22C y entrega calor al exterior que est a 32C. Cul es el valor mnimo de energa elctrica por ciclo, que emplea el aparato?

De paso aprovechamos y le ponemos nombre a cada magnitud que aparece en el ejercicio, ya sea dato o incgnita.Esta parte de la termodinmica hay que manejarla en escala absoluta, de modo que la temperatura de la habitacin valdr: T1 = 295 K, la temperatura exterior T2 = 305 K.La cantidad de calor que la mquina extrae de la habitacin: Q1 = 700J. La cantidad que expulsa al ambiente no la conocemos pero la llamaremos Q2, y la energa mnima que debe recibir la mquina W (ya que esa energa la recibe en forma de trabajo mecnico). Los calores intercambiados y el trabajo recibido deben cumplir con el primer principio:Q2 = Q1 + W 1er. PrincipioO sea:Q2 = 700 J + WAl mismo tiempo debe cumplirse con el segundo. Pero como el enunciado pregunta por el mnimo de energa necesaria, est aludiendo a una mquina ideal. Entonces: 2do. Principio (mquina ideal)

O sea:

De la ltima despejamos y calculamos Q2:Q2 = 700J. 305 K / 295 KQ2 = 723.72 JCon este valor nos vamos a la ecuacin del primer principio:W = Q2 700JW = 723.72J 700 JW =23.72J 2. Se necesita calcular el disipador que debe colocarse a un transistor 2N3055 que trabajar disipando una potencia de 30W. Considerar la temperatura ambiente de trabajo igual a 40C.

Por el data sheet del 2N3055 sabemos que Rth j-c es de 1,5C/W. Adems, su temperatura mxima de la unin, Tj, es de 200C. Este valor lo rebajaremos por seguridad hasta los 150C (a pesar de lo que diga el fabricante). Como la unin con el disipador ser directa con silicona termo conductora supondremos Rth c-d de 1C/W. Con estos datos ya podemos calcular Rth d-amb: Por tanto, el disipador que le coloquemos al transistor deber tener una resistencia trmica de como mucho 1.2C/W. La eleccin del modelo concreto ya se hara mirando en los catlogos.

3. Qu temperatura alcanzar el disipador del ejemplo anterior? Y la cpsula del transistor?

La unin estar, segn hemos supuesto en el clculo anterior, a 150C. En Rth j-c existir una diferencia de temperatura debida al flujo de calor. En concreto:

Tambin en Rth c-d caer una temperatura dada por:

Entonces, la temperatura de la cpsula del transistor ser

y la temperatura del disipador ser

4. Una mquina trmica extrae de un procesador de una computadora de servidor virtual es de 2.000 J de la fuente caliente que se encuentra a una temperatura T1 = 800 K para realizar un trabajo de 500 J. Cul ser la temperatura de la fuente fra, T2, y de qu tipo de mquina se trata? a) T2: 700K y la mquina es irreversibleb) T2: 100 K y la mquina es irreversiblec) T2: 400 K y la mquina es reversible

Se trata, simplemente, de aplicar el primer principio de la termodinmica:Q1 =2000JQ2 =2000J LQ2 = 1.500 J

La mquina debe necesariamente respetar el segundo principio, o sea, que la variacin de entropa del universo -mientras la mquina funciona- debe ser mayor que cero, SU > 0. Y como caso lmite (si la mquina fuese ideal y trabajara reversiblemente) sera igual a cero, SU = 0.La variacin de entropa del universo es igual a la suma de las variaciones de entropa de la fuente caliente (S1), la mquina (SM) y la fuente fra (S2). SU = S1 + SM + S2 > 0Estas entropas son fciles de calcular porque los calores se entregan y reciben a temperatura constante (de hecho, es so lo que le amerita el concepto de fuente). Y en el caso de la mquina, al no variar su temperatura tampoco puede variar su entropa, de modo que SM = 0.S1 = Q1 / T1 = 2.000 J / 800 K = 2,5 J/K Q1 es negativo porque la fuente 1 cede calor (no te olvides que estoy hablando de la entropa de la fuente 1; o sea, la caldera).S2 = Q2 / T2 = 1.500 J / T2Q2 es positivo porque la fuente fra recibe calor (no te olvides que estoy hablando de la entropa de la fuente 2; por ejemplo, el medio ambiente). 2,5 J/K + (1.500 J / T2) 01.500 J / T2 2,5 J/KOper con cuidado, no te equivoques.T2 600 KDe modo que la temperatura de la fuente fra debe ser menor, o a lo sumo igual, a 600 K: el universo lo exige. Si tuviera una temperatura mayor, tal mquina no podra funcionar. Si tuviese una temperatura igual a 600 K, sera una mquina reversible, de rendimiento mximo (esas mquinas tampoco existen, son ideales). Y con cualquier temperatura inferior a 600 K, la mquina funcionara como todas las cosas en el universo: de modo irreversible.En base a lo discutido la nica respuesta posible es la siguiente:b) T2: 100 K y la mquina es irreversible.

1. En una centro de Redes se desea saber que capacidades tiene un cable de transmisin datos circular de acero de 3mm radio, no debe estriarse ms de 0,2 cm cuando se aplica una tensin de 400N a cada extremo. Qu dimetro mnimo debe tener?

Dimetro= 2*r=1.95mm.