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
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
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 para pesar
- El trabajo aún se realiza porque la presión cambia durante esas piernas.
- Las patas de volumen constante realizan trabajo negativo.
- No se realiza trabajo durante los tramos de volumen constante, ya que W = PΔV y ΔV = 0.
Roles variables
Lo que configuraste:
- número de pierna
Lo que mides:
- Volumen objetivo de la pierna V (m³)
- Trabajo realizado por gas en esta pierna. (J)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste del ciclo Otto y presione Restablecer. 1 mol de nitrógeno (f = 5) se comprime de 0.04 m³ a 0.01 m³ y luego se calienta a volumen constante hasta 900 K.
- Habilite el trabajo por pierna y las lecturas de calor.
- 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 del ciclo Otto — η = W / Qin
Para un ciclo Otto idealizado, la eficiencia depende únicamente de la relación de compresión r = V₁/V₂ y la relación de capacidad calorífica del gas γ: η = 1 − 1/r^(γ−1). Relaciones de compresión más altas dan mayor eficiencia.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Confirme que los catetos 2 y 4 (los catetos isocóricos) muestran W = 0 en su tabla, mientras que los catetos 1 y 3 (adiabáticos) muestran un trabajo distinto de cero. Calcule la relación de compresión r = V₁/V₂ = 4 y la eficiencia del ciclo η = 1 − 1/r^(γ−1) usando γ = 1.4.
- El trabajo neto de este ciclo es positivo aunque la mitad de sus patas no realizan 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 piernas adiabáticas para convertir el trabajo de compresión en temperaturas más altas. ¿Por qué es importante minimizar la pérdida de calor durante la compresión para 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 estudio
- ¡Lo lograste!
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Motores térmicos y eficiencia de Carnot