Motor térmico
Un motor térmico toma calor QH de una fuente caliente, convierte parte en trabajo W y rechaza el resto QC a una fuente fría. Gira en un ciclo y vuelve al inicio en cada vuelta, así que el trabajo neto es el calor recibido menos el calor rechazado. La diferencia entre lo tomado y lo tirado queda en cada vuelta.
Arrastra cuánto del calor que entra se vuelve trabajo y el resto se ve rechazado a la fuente fría. Un motor de coche real o una central convierte solo alrededor de un tercio del calor del combustible en trabajo, y el resto sale como escape caliente y agua de refrigeración. La mayor parte nunca se vuelve trabajo y sale como calor.
Un motor recorre un lazo cerrado en el plano P-V, y el área que encierra el lazo es el trabajo neto de un ciclo. El trabajo neto es positivo solo cuando el lazo va en sentido horario, y al revés es un frigorífico al que hay que darle trabajo. El sentido del giro separa el motor del frigorífico.
Al dar un ciclo el gas vuelve al estado de partida y el cambio de energía interna es 0, así que QH = W + QC. La energía interna queda fijada solo por el estado, así que sea cual sea el camino, volver al inicio hace que ese cambio sea 0. Parte el calor que entra en trabajo y calor rechazado y la estructura se muestra.
La eficiencia es η = WQH = 1 - QCQH. Depende solo de la razón del calor rechazado al calor recibido, así que recortar el calor rechazado es el único camino para subir la eficiencia. Compara un motor débil y uno fuerte y la diferencia se ve. Cuanto menos calor rechazado, más trabajo del mismo calor que entra.
Destaca los tres flujos uno a uno y el límite se muestra. El calor tiene que salir, así que la eficiencia es siempre menor que 1, y el porqué lo toma la ley 2 en el capítulo siguiente. Porque este QC hay que rechazarlo, una central se planta junto a un río o una torre de refrigeración enorme y vierte calor residual sin pausa. Sin un sitio frío el lazo no se cierra.