Termodinámica

Refrigerador (Carnot invertido)

Funciona al revés: el trabajo de entrada bombea calor de frío a caliente (COP = Tc/(Th−Tc)).

Refrigerador (Carnot invertido) — simulación interactiva de Termodinámica. Funciona al revés: el trabajo de entrada bombea calor de frío a caliente (COP = Tc/(Th−Tc)). Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.

COP del refrigerador

Funciona al revés: el trabajo bombea calor de frío a caliente (COP = Tc/(Th−Tc)).

Un refrigerador es una máquina térmica funcionando al revés: el trabajo eléctrico impulsa el calor desde el interior frío hacia la habitación cálida. El coeficiente de rendimiento COP = Q_c/W puede superar 1 porque el calor bombeado es mayor que el trabajo suministrado, a diferencia de la eficiencia, que siempre es ≤ 1.

• Coeficiente de desempeño COP = T_c/(T_h−T_c)
• Entrada de trabajo

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

Al ejecutar el ciclo de Carnot al revés, el motor se convierte en un refrigerador: el trabajo neto entra en lugar de salir. ¿El gas todavía absorbe calor del depósito frío, como un refrigerador real que extrae calor de su interior?

Predicciones a evaluar

• No: invertir el ciclo también invierte qué depósito absorbe calor.
• Un ciclo inverso no intercambia calor con ninguno de los depósitos.
• Sí, el ciclo inverso absorbe calor del lado frío y vierte más calor en el lado caliente, utilizando el trabajo de entrada para hacerlo.

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

1. Abra el ajuste preestablecido carnot-fridge y presione Restablecer. Los mismos 4 tramos que el ciclo de Carnot se ejecutan en orden inverso.
2. Habilite la lectura de trabajo por tramo y las lecturas de COP de enfriamiento/calentamiento.
3. 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

Coeficiente de rendimiento del refrigerador — COP = Tc / (Th − Tc)

El rendimiento de enfriamiento de un ciclo de Carnot invertido se mide mediante COP_cool = Tc/(Th − Tc): cuánto calor se elimina del espacio frío por unidad de trabajo suministrada. Las diferencias de temperatura más pequeñas dan un COP mejor (más alto).

Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan

• Sume los valores de trabajo de sus 4 tramos: el total (trabajo neto realizado POR el gas) debe resultar negativo, lo que significa que se debe suministrar trabajo neto AL gas. Calcule el COP de refrigeración = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 y el COP de calefacción = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Compare el orden de los tramos aquí con el orden de los tramos del ciclo de Carnot. Explique cómo simplemente invertir la secuencia de los mismos 4 tramos invierte el ciclo de un motor (trabajo neto hacia fuera) a un refrigerador (trabajo neto hacia dentro).

Dónde aparece esto más allá del laboratorio

• Un COP de enfriamiento de 1.0 significa que el refrigerador mueve 1 J de calor fuera del espacio frío por cada 1 J de trabajo suministrado. Un COP de calefacción de 2.0 (modo bomba de calor) significa que entrega 2 J de calor al espacio cálido por 1 J de trabajo. Explique por qué COP_heat siempre es exactamente 1 más que COP_cool para los mismos depósitos.
• A diferencia de la eficiencia del motor (siempre ≤ 1), el COP puede exceder 1; eso no es una violación de la conservación de energía. Explique por qué COP > 1 es posible: la energía adicional entregada proviene del depósito que se enfría, no de la nada.

• 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

1. Bienvenido al refrigerador de Carnot
2. Selecciona la cámara
3. Pulsa Reproducir
4. COP del refrigerador
5. Abre el panel de propiedades
6. ¡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