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Máquinas térmicas
Una máquina térmica transforma calor en trabajo mecánico.
Esquema básico
Foco caliente (T_alta) -> Máquina -> Trabajo (W) + Calor residual -> Foco frío (T_baja)
Q_caliente = W + Q_frío
Rendimiento de una máquina térmica
eta = W/Q_caliente = (Q_caliente - Q_frío)/Q_caliente = 1 - Q_frío/Q_caliente
Rendimiento de Carnot (máximo teórico)
eta_Carnot = 1 - T_frío/T_caliente (temperaturas en kelvin)
Ejemplo resuelto
Una máquina opera entre 500 K (caliente) y 300 K (frío). Rendimiento máximo:
eta = 1 - 300/500 = 1 - 0.6 = 0.4 = 40%
Tipos de máquinas térmicas
- Motor de explosión (Otto): coches de gasolina (4 tiempos: admisión, compresión, explosión, escape)
- Motor diésel: compresión mayor, no necesita bujía
- Turbina de vapor: centrales térmicas y nucleares
- Frigorífico/bomba de calor: funcionan al revés, transfieren calor del foco frío al caliente consumiendo trabajo
Recuerda
Ningún motor térmico puede tener rendimiento del 100%. Siempre hay calor residual que se pierde (2.º principio de la termodinámica).
Ejercicios
1) Una máquina recibe 10000 J de calor y produce 3500 J de trabajo. Calcula su rendimiento y el calor cedido al foco frío.
2) ¿Cuál es el rendimiento máximo de un motor que opera entre 600 K y 350 K?
3) Explica por qué un frigorífico calienta la cocina.
✏️ Actividad de repasoRepasa los conceptos principales de esta lección. Intenta explicar con tus propias palabras lo que has aprendido sobre Máquinas térmicas y termodinámica.
- Lee de nuevo las secciones que no hayas entendido bien.
- Escribe un resumen de 3-5 líneas con las ideas principales.
- Si hay ejercicios, intenta resolverlos sin mirar las soluciones.