Lecciones de Termodinámica para la Vida Cotidiana

01 / ENTENDÉ EL TEMA

Leé, resolvé y comprobá tus ideas a medida que avanzás.

La termodinámica ayuda a explicar máquinas de uso cotidiano. Un motor térmico recibe calor, entrega parte como trabajo y rechaza otra parte. Una heladera consume trabajo para extraer calor de su interior y entregarlo al ambiente. En cada equipo conviene dibujar entradas y salidas de energía antes de juzgar su desempeño.

El objetivo cambia el indicador

En una máquina térmica queremos trabajo neto; por eso su rendimiento se define como trabajo entregado dividido por calor recibido. En una heladera queremos retirar calor de la zona fría; su coeficiente de desempeño divide ese calor extraído por el trabajo consumido. Comparan efectos distintos.

CHEQUEA CUANTO ENTENDISTE

Dejás una heladera encendida con la puerta abierta en una habitación cerrada. ¿Puede enfriar de manera sostenida toda la habitación? Seguí el calor que extrae y el trabajo eléctrico que recibe.

listo, quiero comparar mi respuesta

Nuestra respuesta

La heladera toma calor del mismo ambiente al que lo devuelve. Al calor rechazado se suma el aporte de trabajo eléctrico, de modo que el balance de la habitación muestra una ganancia neta de energía mientras funciona.

CLASE GRATUITA · JUAN AUDE

Máquinas térmicas y heladeras con Juan

Juan explica máquinas térmicas, refrigeradores y bombas de calor. Observá qué transferencia es el efecto buscado en cada caso.

Ver las clases completas de Máquinas térmicas →

Cerrá el balance antes de calcular

En un motor térmico cíclico, el fluido vuelve a su estado inicial. La energía que ingresa como calor se reparte entre trabajo neto y calor rechazado. El rendimiento térmico es una fracción entre cero y uno en este modelo. En refrigeración, el COP puede ser mayor que uno porque representa calor trasladado dividido por trabajo, una razón diferente.

\begin{gathered}Q_{\rm recibido}=W_{\rm neto}+Q_{\rm rechazado}\\[0.55em]\eta=\frac{W_{\rm neto}}{Q_{\rm recibido}}\\[0.55em]COP_R=\frac{Q_{\rm extraido}}{W_{\rm entrada}}\end{gathered}

CHEQUEA CUANTO ENTENDISTE

Dos motores reciben el mismo calor. Uno rechaza más calor al ambiente. ¿Cuál entrega más trabajo neto? ¿Podés decidirlo sin saber la temperatura de las fuentes?

listo, quiero comparar mi respuesta

Nuestra respuesta

Por conservación de la energía, el motor que rechaza menos calor entrega más trabajo neto si ambos reciben igual calor y cumplen el modelo cíclico indicado. Para esta comparación de trabajos alcanza con conocer las transferencias de energía indicadas.

El ejercicio gratuito pasa de esta idea a números: separá calor recibido, trabajo neto y calor rechazado antes de calcular el rendimiento.

Ahora probá un ejercicio de Máquinas térmicas

El ejercicio guiado estudia una máquina térmica que intercambia calor con tres fuentes. Primero cerrá su energía; después evaluá su rendimiento.

EJERCICIO GRATUITO

Calor y trabajo de un motor térmico

En una vuelta idealizada, una máquina térmica recibe $900\,\mathrm{kJ}$ de calor y entrega $270\,\mathrm{kJ}$ de trabajo neto. El fluido regresa al estado inicial al completar la vuelta.

¿Cuánto calor rechaza al ambiente y cuál es su rendimiento térmico?

Intentá resolverlo antes de abrir los pasos.

Máquina térmica: entra calor de 900 kilojulios; salen trabajo neto de 270 kilojulios y calor rechazado por determinar.

Razonalo paso a paso.

1. Marcá las transferencias

Como el fluido vuelve al mismo estado, su cambio de energía durante el ciclo es cero. El calor recibido se reparte entre trabajo neto y calor rechazado.

\Delta E_{\rm ciclo}=0;\qquad Q_{\rm recibido}=W_{\rm neto}+Q_{\rm rechazado}

2. Calculá el calor rechazado

Despejá la parte del calor que no se convirtió en trabajo neto.

Q_{\rm rechazado}=900-270=630\,\mathrm{kJ}

La máquina rechaza 630 kJ al ambiente por vuelta.

3. Calculá el rendimiento

Compará el trabajo neto útil con el calor que entró.

\eta=\frac{W_{\rm neto}}{Q_{\rm recibido}}=\frac{270}{900}=0{,}30=30\%

El rendimiento térmico es 30 %.

4. Comprobá el reparto

El trabajo y el calor rechazado deben sumar el calor recibido.

270\,\mathrm{kJ}+630\,\mathrm{kJ}=900\,\mathrm{kJ}