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Mis palabras

Física Máquinas térmicas y eficiencia

Heat Engines & Efficiency

Una máquina térmica absorbe calor Q₁ del foco caliente, convierte solo parte en trabajo W y descarga el resto Q₂ al foco frío. El trabajo es W = Q₁ − Q₂ y la eficiencia e = W/Q₁ siempre es menor que 1. La segunda ley de la termodinámica prohíbe que el calor descargado sea cero. Cambia el calor descargado Q₂ y cambian el trabajo y la eficiencia.

Solo parte del calor se vuelve trabajo

300 J
👀 Velo
①Una máquina térmica absorbe calor Q₁ del foco caliente
②Solo parte se vuelve trabajo W; el resto Q₂ se descarga al foco frío
③Menos calor descargado significa mayor eficiencia. El control es 40~400, así que e no llega a 1

Trabajo realizado y eficiencia

Trabajo de la máquina
W = Q1 − Q2
El trabajo es el calor absorbido menos el descargado
Eficiencia térmica
e = WQ1 = 1 − Q2Q1
La fracción del calor absorbido convertida en trabajo — un valor entre 0 y 1

La segunda ley de la termodinámica

🚫 La eficiencia nunca puede ser 1
①El calor descargado Q₂ no puede hacerse 0 (segunda ley)
②Por tanto la eficiencia e siempre es menor que 1
③Ninguna máquina convierte el 100% del calor absorbido en trabajo
④Las temperaturas del foco caliente y del frío ponen el techo. El mínimo del control es 40

Calcúlalo directamente

Ejemplo 1
Una máquina absorbe 400 J y descarga 300 J. Halla el trabajo y la eficiencia.
1
El trabajo es W = Q₁ − Q₂.
W = 400 − 300 = 100 J
2
La eficiencia es e = W/Q₁.
e = 100400 = 0.25
▸ W = 100 J, e = 0.25 (25%)
Divide por el calor absorbido Q₁ — no por el descargado Q₂.
Ejemplo 2
Una máquina de eficiencia 0.3 absorbe 600 J. Halla el trabajo y el calor descargado.
1
Halla el trabajo con W = e·Q₁.
W = 0.3 × 600 = 180 J
2
El calor descargado es Q₂ = Q₁ − W.
Q2 = 600 − 180 = 420 J
▸ W = 180 J, Q₂ = 420 J
Conocer la eficiencia y el calor absorbido da el trabajo y el calor descargado de inmediato.

Resumen

Resultado clave
W = Q1 − Q2, e = WQ1 = 1 − Q2Q1 < 1
El trabajo es absorbido menos descargado; la eficiencia es trabajo sobre absorbido — siempre menor que 1
tipo de examen
Una máquina con 40% de eficiencia hace 200 J de trabajo por ciclo. ¿Cuánto calor absorbió del foco caliente?
①300 J
②400 J
③500 J
④600 J
⑤800 J
▸ ③ 500 J
1
De e = W/Q₁ se obtiene Q₁ = W/e.
Q1 = We = 2000.4
2
Calcula.
Q1 = 500 J
🎯 Puntos de examen
①W = Q₁ − Q₂ (absorbido − descargado)
②e = W/Q₁ = 1 − Q₂/Q₁
③divide por el calor absorbido (no el descargado)
④segunda ley: e < 1 (100% imposible)
⑤conocer dos de W, Q₁, Q₂, e fija el resto
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