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
- 1General — rendimiento = energía útil / energía total; la energía no se pierde, se transforma.
- 2Apartado a) — η = 6,0/60.
- 3Apartado b) — potencia de entrada = potencia útil / η.
- 4Apartado b), cifras — P = 6,0/0,40 = 15 W.
- 5Apartado c) — diferencia de potencias × tiempo: (60 − 15) W × (1000 × 3600 s).
- 6Apartado c), cifras — 45 W × 3,6 × 10⁶ s = 1,6 × 10⁸ J = 45 kWh.
- 7Apartado d) — mira la parte del diagrama que no es luz: ¿en qué forma de energía se transforma y a dónde va?
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).
Vídeo —
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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).