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Contenido principal
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Eficiencia de Carnot 2: revertir el ciclo

Transcripción del video

en el último vídeo les mostré la definición de la eficiencia eta que es el trabajo que hacemos entre el calor que aplicamos y mostramos que para una máquina que podríamos reescribir esto como 1 - q 2 o entre 1 o esencialmente 1 menos esencialmente es uno menos el calor que sacamos entre el calor que pusimos ok ahora aplicamos esta fórmula a un ciclo de carne y dijimos bueno para un una máquina de carenote podríamos escribir la eficiencia de esta forma así que déjenme escribir esto de aquí la eficiencia para una máquina de carne es uno menos de 2 / t 1 para obtener este resultado usamos el hecho de que estamos trabajando con un ciclo de carnota ok nos movemos a lo largo de las isotermas y a veces este entre el en procesos a diabéticos en fin déjenme ser muy claro esta deficiencia que sólo puede obtenerse a través de una máquina de carne las otras definiciones de eficiencia ok esta eficiencia es igual al trabajo entre el calor déjenme ponerle el calor que aplicamos o cuando definimos esto la edad como como el cambio el que déjenme ponerlo así el calor neto que es 1 - q 2 sobre 11 esto aplica para cualquier máquina de calor o que incluso las máquinas de calor de carnot perdón una máquina no sé por ejemplo esta máquina que hicimos es una máquina de carnota y definitivamente es una máquina que está operando con calor y está tomando calor y luego lo libera en fin este ciclo solo muestra qué es lo que está ocurriendo con esta máquina ok esta máquina es la cosa física el ciclo sólo describe qué es lo que está pasando con él así que con esto dicho lo que quiero decir es está esta fórmula sólo es para ciclos o para máquinas de carnota ahora al final de este vídeo no creo terminar pero quiero probarles al menos en el próximo que que si operamos una máquina de calor que está trabajando con 22 fuentes de temperatura porque digamos que esta es la temperatura ph para acá vamos a ponerle tercer de caliente ok y transfiere cierto calor q1 ok a cierto a la máquina y después libera un calor q2 y está realizando cierto trabajo entonces el q2 lo libera a un depósito frío digamos y aquí es donde el liberar calor y lo que les voy a mostrar en el próximo vídeo espero es que la máquina más eficiente es la máquina teórica de carne de que no hay otra máquina que pueda ser más eficiente que ésta así que si ésta es una máquina de carne es la más eficiente ok es la más eficiente o ésta es la ideal donde nada se pierde ok vamos a entrar en eso con más detalle no hay máquina que pueda ser más eficiente que la de carnota que la máquina de carne así que para llegar a ello voy a probarles primero un poquito o vamos a hablar sobre las herramientas que de las que dispone hasta este tipo de máquinas así que una de las cosas que vamos a ver es déjenme dibujar de nuevo estos diagramas de presión volumen o cups ese es este spa y este es de entonces en el ciclo de carnet que hemos hecho hasta ahora siempre nos hemos movido a lo largo de una dirección verdad teníamos nos movíamos siempre a lo largo de éste isoterma de más o menos de esta forma ok después teníamos una expansión a diabética y ahí teníamos nuestra expansión a diabética en esta dirección y después teníamos una contracción hizo térmica verdad nos movíamos algo de esta forma ok y luego teníamos una contracción a diabética para llegar a esto y nos regresamos al punto inicial todo este tiempo en una dirección en el sentido de las agujas del reloj cuando cuando fuimos en ese sentido aquí introducimos un calor q no para para mantener nuestra temperatura constante y después lo libera vamos con q 2 ok así que si fuera dibujar esto de alguna otra forma bueno ya lo hice un poco diferente pero bueno déjenme dibujar esto digamos que esta es mi máquina ok a lo mejor muy abstracto verdad ok y acá arriba vamos a tener mi depósito de calor de 1 ok que está transfiriendo un calor q 1 a mi máquina de carnota ok mi máquina entonces realiza cierto trabajo y después transfiere cierto calor a mi depósito con temperatura t2 transfiere q2 esta es otra forma de ejemplificar lo que hicimos en este ciclo de carnota y de hecho hemos aquí estamos dibujando incluso la máquina no ahora una de las herramientas que quiero mostrarles es que esta es una reacción reversible o de que podemos tomar esto e ir en el sentido contrario y esto es depende de la cidh de la suposición de que cuando dibujamos esto en realidad estamos hablando de un proceso cuasi estático aunque hay un proceso cuasi estático y casi estático significa que realmente es muy lento que siempre puedes decir que estamos muy cerca del equilibrio para que nuestra nuestro macro estado esté siempre definido y eso era toda la justificación de trabajar con canillitas o con granitos de esta forma verdad moviendo las los granitos y yéndonos de aves sin sin saltar sino que fuera un proceso continuo ok eso era lo que hacía un proceso cuasi estático para nosotros y cuando hacíamos esto estos vídeos decíamos bueno los procesos cuasi estáticos la mayor parte de ellos son reversibles y ok la mayor parte de todos ellos son reversibles ahora por definición nuestro ciclo de carl no teórico no solo es cuasi estático sino también en reversible que significa que en cualquier punto o en cualquier momento podríamos ir regresando los granitos y entonces podríamos ir agregando los granitos y en vez de ir en la dirección hacia la derecha podríamos regresar hacia la izquierda ok podríamos regresar esto ahora que tiene que ser ideal para de este sistema para que esto sea cierto bueno significa que nuestro pistón a lo largo de él que se va moviendo ejerciendo cierta presión y disminuyendo el volumen no podemos perder calor y ese calor se puede perder a través de la fricción entonces tenemos que suponer que que a la hora de irse hacia abajo y hacia arriba no estamos perdiendo calor a través de la fricción así que este para que este ciclo de carnal sea reversible es sin fricción ok sin fricción así que la máquina de carnota y no puede tener fricción que realmente es completamente imposible que no haya fricción pero bueno hablaremos de un poquito un poco más de esto en un futuro entonces si tenemos una máquina que no tiene fricción cuasi estática y reversible que significa o que implica implica que podríamos ir de este punto a ok y en vez de irnos debe y luego 6 de epo dyn podemos irnos en sentido contrario podemos irnos primero haciendo una una expansión digamos una expansión pero nos vamos de forma diabética déjenme dibujarlo de nuevo aunque vamos a hacer esta reacción reversible vamos a hacerlo en el sentido contrario ok ok entonces dado que el sistema no tiene fricción y no vamos a perder energía ok entonces podemos empezar en el punto a ok y hacer una expansión a diabética de tal forma que lleguemos a este estado que es de ok y luego podemos expandir y so térmicamente entonces vamos en esta dirección y luego expandimos hizo térmicamente hasta y con como estamos expandiéndolo de esta forma y dibujarlo así a lo largo de éste isoterma lo que estamos haciendo una expansión hizo térmica en este caso estamos realizando un trabajo verdad un trabajo hizo térmico entonces a una temperatura que podemos decir no sé que es fría una temperatura de 2 ok en este caso sí estoy expandiendo y estoy permaneciendo en temperatura t2 entonces el calor está entrando el calor está entrando así que el área debajo de esta curva es el es el calor agregado ok a lo mejor ya notarás que estos son algo un poco raro pero bueno este es el calor q2 que el depósito realiza con temperatura t 2 luego con traemos de forma diabética con traemos de forma diabética ok y luego de forma hizo térmica con traemos hasta llegar al punto inicial ok ahora cuando contraemos hizo térmicamente qué es lo que ocurrió el trabajo está realizado para mí ok hacia el sistema así que el área debajo de esa curva es negativa ok aquí vamos a liberar calor vamos a liberar calor pero estamos liberando lo algo con temperatura alta digamos aquí t 1 ok es la misma cosa que ocurrió antes pero en el centro en una dirección contraria ok cierto trabajo en vez de ser aplicado perdón en vez de realizar el sistema un trabajo nosotros estamos aplicando un trabajo porque el área dentro del es negativa ok por ejemplo esto es todo esto es positivo todo esto que estamos pintando de azul luego lo que va a ser negativo es esto morado así que si queremos ver más o menos cuál es el área dentro del área o más bien la cantidad que sería el área dentro del ciclo sería negativa yo sé que suena raro pero matemáticamente tiene sentido entonces sí sí sí pensamos en el ciclo de carnota o en la máquina de carnota en sentido contrario es un refrigerador esencialmente la otra sería como un motor ok estamos usando calor para tomar ventaja de ese calor ok o de esa diferencia entre temperaturas que aquí es caliente ya lo mejor acá es frío y ahora al revertir una máquina de carenote podríamos pensarlo como un refrigerador que hace exactamente lo contrario que es lo que dibuje acá abajo lo que dice es que empieza con un cuerpo frío aunque un cuerpo frío vamos a ponerle dedos que es de frío y que le mete cierta pequeña cantidad de calor de este cuerpo ok pero cierto trabajo en vez de salir debe inyectarse al trabajar al sistema la máquina ok así que eso mete más calor ok en esta máquina y eso hace que le dé más temperatura al cuerpo caliente le da un cierto q1 al cuerpo con temperatura de 1 ok así que podríamos que si estuviéramos en una máquina digamos este es un refrigerador que estamos en una dirección revertida ok no hay nada malo con esto no estamos contradiciendo la segunda ley de la termodinámica porque qué es lo que está ocurriendo en realidad nosotros estamos inyectando cierto trabajo al cis a la máquina ok ya hablamos un poquito de esto verdad en los vídeos de entropía como esto es un refrigerador estamos metiendo trabajo a la máquina para que esto compense la segunda ley de la termodinámica es que en un refrigerador como los de casa es un compresor quien hace ese trabajo ok está agregando más entropía al sistema ok entonces esto no nos desafía la segunda ley de la termodinámica ahora quiero hacer otro punto acerca de las máquinas de carnets ok sólo un poquito más déjenme tomar la máquina revertida o el refrigerador si tomamos esto esto simplemente es más que no es más que matemáticas entonces si tomamos esto si tomamos estamos tomando q 2 agregándole también cierto trabajo y produce q 1 en cierta escala que es bastante arbitraria por ejemplo si tomamos x veces q 2 ok si tomamos x veces q 2 ok ahí tenemos x leds escudos y le metemos x veces w entonces va a salir x q uno porque esto tiene sentido simplemente son números arbitrarios por ejemplo si tuviéramos dos máquinas de carnota en paralelo simplemente podremos ver como que tenemos dos de estas máquinas trabajando juntas entonces tendríamos dos dos de cada una de las unidades si tuviéramos tres máquinas de kart no tendremos una máquina colectiva trabajando al triple ok ahora con esto dicho ya tenemos todo todo el preámbulo para demostrar que la máquina de carnota la más eficiente que podríamos producir y dado que la máquina de carne la eficiencia de carnota es esta y vamos a demostrar que es la más eficiente entonces esto se vuelve una cota superior para la eficiencia de cualquier máquina que cualquier persona en el mundo podría ser algún día y eso será el punto del próximo vídeo