FICHA A3-P04

Dos lámparas: diagrama de Sankey y rendimiento

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TipoSecundaria Dificultad Puntos7 pts Tiempo máx.12 min Media7 min Origen preguntaAdaptado Verificación soluciónVerificado por razonamiento independiente Completado con IA
Prerrequisitos
  • Rendimiento: η = potencia útil de salida / potencia total de entrada (o energía útil / energía total)
  • Un diagrama de Sankey representa con la anchura de las flechas cómo se reparte la energía entre la salida útil y las pérdidas
  • 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J; energía = potencia × tiempo

Una lámpara de filamento de 60 W produce 6,0 W de luz visible; el resto se disipa como energía térmica. Una lámpara LED que produce la misma cantidad de luz tiene un rendimiento del 40 %. El diagrama de Sankey muestra el reparto de energía (por segundo) de la lámpara de filamento.

a Calcula el rendimiento de la lámpara de filamento. [1]
b Calcula la potencia eléctrica que consume la lámpara LED para producir 6,0 W de luz. [2]
c Calcula la energía eléctrica que se ahorra al usar la lámpara LED en lugar de la de filamento durante 1000 h, en J y en kWh. [2]
d Explica, con el principio de conservación de la energía, qué ocurre con la energía eléctrica que no se convierte en luz. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Rendimiento: η = P_útil/P_total. — Cuadernillo de datos, Tema A.3.
  • Principio de conservación de la energía: la energía total se conserva; la que no es útil se transfiere al entorno, normalmente como energía térmica.
  • Energía = potencia × tiempo; 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic A.3 Work, energy and power, rendimiento y diagramas de Sankey.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema A.3 (rendimiento).
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Apartado a) — η = 6,0/60 = 0,10 (10 %).
Apartado b) — P = P_útil/η = 6,0/0,40 = 15 W.
Apartado c) — Ahorro de potencia = 60 − 15 = 45 W. En 1000 h: E = 45 W × 1000 × 3600 s = 1,6 × 10⁸ J = 45 kWh.
Apartado d) — La energía no se destruye (conservación de la energía): la que no se convierte en luz se transforma en energía térmica, que se disipa al ambiente (en el diagrama de Sankey, la flecha de pérdidas, 54 W en la lámpara de filamento).