Termodinámica
Ciclo de Carnot
El ciclo más eficiente: η = 1 − Tc/Th.
Ciclo de Carnot — simulación interactiva de Termodinámica. El ciclo más eficiente: η = 1 − Tc/Th. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Eficiencia de Carnot
El ciclo más eficiente: η = 1 − Tc/Th.
Un motor de Carnot opera de forma reversible entre dos depósitos. Cada etapa es isotérmica (intercambio de calor a T fija) o adiabática (sin calor). Ningún motor real puede superar esta eficiencia porque la irreversibilidad desperdicia energía útil como producción de entropía.
- Eficiencia de Carnot η = 1 − T_c/T_h
- η máximo
Resumen de la investigación
Planifica la pregunta antes de abrir el laboratorio
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta guía
Un motor de Carnot lleva un gas a través de 4 tramos (expansión isotérmica, expansión adiabática, compresión isotérmica, compresión adiabática) hasta su estado inicial. ¿Cambia la energía interna del gas durante un ciclo completo?
Predicciones a evaluar
- La energía interna aumenta a lo largo del ciclo, ya que el gas realiza un trabajo neto positivo.
- La energía interna vuelve a su valor inicial: cambio neto cero en un ciclo cerrado.
- La energía interna disminuye a lo largo del ciclo.
Roles de las variables
Lo que configuraste:
- Número de tramo
Lo que mides:
- Volumen objetivo del tramo V (L)
- Trabajo realizado por el gas en este tramo (J)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste del ciclo de Carnot y presione Restablecer. 1 mol de argón (f = 3) recorre un ciclo entre un depósito caliente de 600 K y un depósito frío de 300 K.
- Habilite la lectura del trabajo por tramo.
- Para cada tramo del ciclo (1 a 4), lea el volumen objetivo del tramo y el trabajo realizado por el gas durante ese tramo.
Ecuación rectora
Eficiencia de Carnot — η_c = 1 − Tc / Th
La máxima eficiencia posible de cualquier motor térmico que funcione entre un depósito caliente Th y un depósito frío Tc depende únicamente de su relación de temperaturas: η_c = 1 − Tc/Th.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Sume los valores de trabajo de sus 4 tramos. Compare el total con nR(Th − Tc)·ln(2) (aproximadamente, para las relaciones de volumen de este ciclo) y compare la eficiencia del ciclo η = W_net/Qin con el valor de Carnot η_c = 1 − Tc/Th = 1 − 300/600 = 0.5.
- Dos tramos tienen trabajo positivo (expansión) y dos tienen trabajo negativo (compresión). Explique por qué el trabajo *neto* durante el ciclo completo sigue siendo positivo, lo que lo convierte en una máquina térmica en lugar de un ciclo que no hace nada.
Dónde aparece esto más allá del laboratorio
- Ningún motor real que funcione entre las mismas dos temperaturas de depósito puede superar la eficiencia de Carnot. Explique, utilizando η_c = 1 − Tc/Th, por qué un motor podría alcanzar un 100% de eficiencia solo si Tc = 0 K, físicamente inalcanzable.
- El ciclo de Carnot se construye íntegramente a partir de pasos reversibles (isotérmico y adiabático, ambos idealizados como infinitamente lentos). Explique por qué un motor real, que inevitablemente tiene fricción y transferencia de calor a velocidad finita, nunca puede alcanzar esta eficiencia ideal.
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- Bienvenido al ciclo de Carnot
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Eficiencia máxima
- Abre el panel de propiedades
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
Abrir laboratorio interactivo →
Descargar ficha de laboratorio →
Motores térmicos y eficiencia de Carnot