Termodinámica
Ciclo Otto
El ciclo del motor de gasolina: dos adiabáticas + dos isocóricas.
Ciclo Otto — simulación interactiva de Termodinámica. El ciclo del motor de gasolina: dos adiabáticas + dos isocóricas. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Ciclo Otto
El ciclo del motor de gasolina: dos adiabáticas + dos isocóricas.
El ciclo Otto modela un motor de encendido por chispa: la combustión rápida a volumen casi constante eleva la presión, seguida de una expansión adiabática que realiza trabajo, y luego un escape a volumen constante. Es menos eficiente que Carnot en los mismos extremos de temperatura porque el calor se añade a temperatura variable.
- Eficiencia del ciclo Otto η ≈ 1 − (V₂/V₁)^(γ−1)
- Motor de gasolina
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
El ciclo Otto (compresión adiabática, calentamiento isocórico, expansión adiabática, enfriamiento isocórico) modela un motor de gasolina. A diferencia del ciclo de Carnot, dos de sus tramos están a volumen constante en lugar de temperatura constante. Durante esos tramos de volumen constante, ¿el gas realiza algún trabajo?
Predicciones a evaluar
- El trabajo aún se realiza porque la presión cambia durante esos tramos.
- Los tramos de volumen constante realizan trabajo negativo.
- No se realiza trabajo durante los tramos de volumen constante, ya que W = PΔV y ΔV = 0.
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 Otto y presione Restablecer. 1 mol de nitrógeno (f = 5) se comprime de 40 L a 10 L y luego se calienta a volumen constante hasta 900 K.
- Habilite el trabajo por tramo y las lecturas de calor.
- 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 del ciclo Otto — η = W / Qin
El rendimiento medido del motor es η = W/Q_in, trabajo neto por calor absorbido; exactamente eso muestra la fórmula citada y eso calcula su tabla de datos. Para el ciclo Otto idealizado, el rendimiento depende solo de la relación de compresión r = V₁/V₂ y de la razón de capacidades caloríficas γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Más compresión, mayor rendimiento.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Confirme que los tramos 2 y 4 (los tramos isocóricos) muestran W = 0 en su tabla, mientras que los tramos 1 y 3 (adiabáticos) muestran un trabajo distinto de cero.
- El trabajo neto de este ciclo es positivo aunque la mitad de sus tramos no realice trabajo. Explique cómo los dos tramos adiabáticos por sí solos pueden producir una producción neta de trabajo positiva.
Dónde aparece esto más allá del laboratorio
- Los motores de gasolina reales están limitados a relaciones de compresión alrededor de 10-12 (las relaciones más altas provocan preencendido/golpes). Usando η = 1 − 1/r^(γ−1), explique por qué los diseñadores de motores presionan por relaciones de compresión más altas cuando sea posible.
- Un motor diésel utiliza un ciclo diferente (calentamiento isobárico en lugar de isocórico) pero una idea similar de compresión adiabática. Ambos dependen de tramos adiabáticos para convertir el trabajo de compresión en temperaturas más altas. ¿Por qué es importante minimizar la pérdida de calor durante la compresión en ambos diseños?
- 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 Otto
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Ciclo del motor de gasolina
- 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