Motor térmico: un ciclo que convierte calor en trabajo
Un motor térmico toma calor QH de un foco caliente, convierte una parte en trabajo W y arroja el resto QC a uno frío. Al funcionar en ciclo vuelve a su inicio en cada vuelta, así que el trabajo neto es lo que entra menos lo que descarta.
Arrastra para fijar cuánto del calor entrante se vuelve trabajo. El resto va al foco frío. En un motor de coche real o una central solo un tercio del calor del combustible se vuelve trabajo, y el resto se va como gases de escape calientes y refrigerante.
El motor recorre un lazo cerrado en el plano P-V. El área que encierra el lazo es el trabajo neto por ciclo. El lazo da trabajo neto positivo solo cuando se recorre en sentido horario; al revés se convierte en un frigorífico que necesita que se le meta trabajo.
En un ciclo completo el gas vuelve a su estado inicial, así que su cambio de energía interna es cero y QH = W + QC. La energía interna es una función de estado, así que cualquiera que sea el camino, volver al mismo estado obliga a que su cambio neto sea cero. Arrastra para repartir la entrada en trabajo y desecho.
La eficiencia es η = WQH = 1 - QCQH. La eficiencia depende solo de la razón entre el calor desechado QC y el absorbido QH, así que reducir el calor arrojado al lado frío es la única forma de subirla. Cambia los ajustes para comparar un motor débil con uno fuerte.
Resalta cada uno de los tres flujos por turno. Como siempre debe salir algo de calor por QC, la eficiencia queda por debajo de 1; el próximo capítulo, sobre la segunda ley, explica por qué. Ese QC inevitable es la razón por la que las centrales se alzan junto a ríos o enormes torres de refrigeración, soltando calor de desecho sin pausa.