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
Informe de investigación
Planifique 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 de conducción
Un motor de Carnot transporta gas a través de patas 4 (expansión isotérmica, expansión adiabática, compresión isotérmica, compresión adiabática) hasta su estado inicial. ¿Cambia la energía interna del gas durante un ciclo completo?
Predicciones para pesar
- 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 variables
Lo que configuraste:
- número de pierna
Lo que mides:
- Volumen objetivo de la pierna V (L)
- Trabajo realizado por gas en esta pierna. (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 pierna.
- Para cada tramo del ciclo (1 a 4), lea el volumen objetivo de la pierna y el trabajo realizado por el gas durante esa pierna.
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 legs. 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 piernas 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 sin hacer 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 estudio
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
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Motores térmicos y eficiencia de Carnot