¿Por qué es imposible crear un motor con 100% de eficiencia?

• Porque, aunque tenga éxito en la construcción de un motor que funcione en un ciclo perfectamente reversible (sin pérdidas por fricción, sin pérdida por histéresis … etc.), todavía habrá una parte de la energía térmica que es imposible de convertir en trabajo mecánico .
• Esta parte de la energía térmica que no se está convirtiendo en trabajo se llama energía no disponible y simplemente se disipa en el entorno.

El hecho de que un motor térmico nunca alcance el 100% de eficiencia en la transferencia de calor al trabajo, incluso en condiciones ideales, realmente me molesta. Imagina esto:

Una disposición de cilindro y pistón está hecha de un material que no es conductor térmico, y no hay fricción ni resistencia al aire entre el pistón y el aire / paredes. Ahora suponga que el cilindro contiene una bolsa de aire que está a la misma presión que el aire exterior. La bolsa de aire se calienta rápidamente por una fuente externa para que la temperatura en la bolsa aumente, aumentando así la presión. Esta diferencia de presión hará que el pistón acelere hacia afuera, expandiendo el volumen dentro del cilindro hasta que se enfríe y alcance la presión externa nuevamente; en ese punto, la energía cinética del pistón se absorbe rápidamente y se convierte en trabajo.

Dado el escenario anterior, ¿no se transferiría al trabajo el 100% de la energía calorífica puesta en el sistema?

No es posible.

Primero tenemos que entender que todas las energías no tienen el mismo potencial de acuerdo con la termodinámica. El calor se denomina energía de grado inferior, mientras que el trabajo (energía mecánica, energía eléctrica) se denomina energía de grado superior.

Es posible convertir toda la energía de mayor grado en energía de menor grado, por ejemplo. Calentador eléctrico

Pero no es posible convertir toda la energía de menor grado en energía de mayor grado. La calidad del calor aumenta con su temperatura.

Este fenómeno se debe a cuatro razones.

1. Fricción: se puede minimizar pero no se puede eliminar
2. Transferencia de calor debido a la diferencia de temperatura finita (la energía térmica siempre se filtrará a su entorno)
3. Expansión fluida al absorber el calor.
4. Mezcla de dos fluidos, lo que siempre resultará en pérdida de energía.

También vale la pena mencionar que cuando queremos convertir energía de mayor grado en energía de menor grado, podemos obtener más energía que la entrada (es decir, eficiencia de más del 100%, por ejemplo). Las bombas de calor producen más energía térmica que su suministro de entrada.

Pero tenemos en cuenta que la energía se conserva en la bomba de calor también en este caso la bomba de calor toma la energía extra de la atmósfera. (Universo)

No, no es posible …… Es una persecución salvaje. Dicho esto, se puede mejorar la eficiencia pero 100% de ninguna manera (idealmente es posible pero solo idealmente) las leyes de la termodinámica aseguran esto (lea la declaración de Kelvin, segunda ley).

En el caso ideal, la transferencia de calor debe ser infinitesimalmente pequeña en un tiempo infinitesimal (bastante intenso, ¿eh?). Ningún cuerpo tiene un tiempo infinitesimal. Por lo tanto, prácticamente no es factible.

Ah, casi lo olvido, hay un término para el motor térmico al 100%. Lo llamamos PPM2 (máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo, y sí, también hay ppm1).

Y, por último, gracias por hacer esta pregunta, es posible que no se dé cuenta, pero esta es una pregunta básica y todo ingeniero mecánico debe ser claro al respecto. Tenga este tipo de dudas y no dude en preguntarlas.

Feliz respuesta ……

“¿Por qué la máxima eficiencia de un motor Carnot no puede ser del 100%?”

De acuerdo con la Segunda ley de la termodinámica, Wikipedia, se necesitan dos disipadores de calor para convertir el calor en trabajo. El calor se retira del disipador de calor y se rechaza al frío, mientras se extrae algo de trabajo. Si el sumidero frío no está en cero absoluto, aquí se desperdicia algo de energía, lo que limita la eficiencia. En los motores térmicos prácticos, el disipador de frío es el entorno, que está muy lejos del cero absoluto, de ahí la eficiencia moderada.

No, básico Termodinámica Los principios establecen que solo Carnott tiene la máxima eficiencia si solo es posible PMM2. Eso es potencia de entrada = potencia de salida. Lo cual no es posible. Porque parte del poder se pierde en forma de residuos.

Tengo un mejor ejemplo para demostrar la ineficiencia de una máquina.

Un banco de energía de carga automática

Cuando un banco de energía se está cargando, la transmisión de energía se detiene después de una hora. Esto demuestra que se desperdicia algo de energía; de lo contrario, el Banco de energía funcionará infinitamente.

En primer lugar, el calor es una energía de bajo grado, puede perder su energía mediante varios modos de transferencia de calor:

1) conducción

2) convección

3) radiación

y por lo tanto no puede convertirse en trabajo con la eficiencia del 100%

En segundo lugar, hay muchas más situaciones como la fricción, la resistencia del aire, el efecto de la gravedad y muchas más condiciones límite que no se pueden descuidar en la vida real. Entonces siempre habrá alguna pérdida.

todavía tenemos solo el ciclo de Carnot que tiene la máxima eficiencia pero mucho menos del 100% de eficiencia, el ciclo de Carnot aún se considera un ciclo ideal, ninguno de los otros ciclos aún conocidos tiene la eficiencia más cercana a la del ciclo de Carnot

Un motor Carnot es un motor reversible con la máxima eficiencia. La eficiencia térmica de un ciclo se da como:

• η = Work / HeatSupplied = (Qs − Qr) / Qr = 1− (Qr / Qs) [matemáticas] η = Work / HeatSupplied = (Qs − Qr) / Qr = 1− (Qr / Qs) [/ math]

Si la eficiencia es del 100%, entonces Qr = 0.

Lo que significa que todo el calor suministrado al motor se convierte en trabajo mientras interactúa con un solo depósito. Tal dispositivo se llama Máquina de movimiento perpetuo de segundo tipo. No se puede construir ya que viola la segunda ley de la termodinámica: Declaración de Kelvin Planck.

• Usando Clausius Inequality para ciclo reversible,

η = (Ts − Tr) / Tr = 1− (Tr / Ts) [matemáticas] η = (Ts − Tr) / Tr = 1− (Tr / Ts) [/ matemáticas]

Si la eficiencia = 100%, entonces la temperatura del sumidero = 0 K, que de nuevo es imposible de lograr.

Por lo tanto, un motor Carnot con 100% de eficiencia no es posible.

O todo eso, o simplemente no hemos encontrado una manera de hacerlo todavía. El 100% podría ser un poco exagerado ya que cada forma de materia absorbería al menos una fracción de la energía utilizada para extraer o generar energía. Estaría completamente extático con un 95% o incluso un 90% de eficiencia. Sin embargo, ese tipo de tecnología es simplemente desconocida para nosotros. Aparte de eso, cualquier cosa que pudiéramos encontrar para acercarnos sería tan compleja e improductiva que A: produciría muy poca energía o B: se rompería. Ni siquiera podemos hacer rebotar una bola en la luna sin que finalmente se detenga porque la bola tiene que empujarse fuera de la superficie de la luna para volver a su altura anterior, transfiriendo así energía directamente a la luna. De cualquier manera, la respuesta es “no en la medida de las capacidades humanas”. La versión corta de la respuesta es “nupe ^. ^”

¡Ningún científico genuino debería decirlo! sin embargo, tenga cuidado con CARNOT ENGINE es un motor, un motor funciona en un ciclo (termodinámico). con lo que puede confundirse es el porcentaje de conversión de calor en un ciento – trabajar en un proceso pero no cíclicamente (sin embargo, la conversión de calor en trabajo está restringida incluso en un proceso porque el grado de calor como energía es más bajo que el del trabajo, SÍ ” La termodinámica cree en el sistema de castas “). vamos a mantenerlo simple

Considere el motor térmico simple que se muestra en la Fig.

que se usa para levantar pesas. Consiste en un dispositivo de pistón-cilindro con dos juegos de topes. El fluido de trabajo es el gas contenido dentro del cilindro. Inicialmente, la temperatura del gas es de 30 ° C. El pistón, que está cargado con las pesas, descansa sobre los topes inferiores. Ahora se transfieren 100 kJ de calor al gas en el cilindro desde una fuente a 100 ° C, lo que hace que se expanda y eleve el pistón cargado hasta que el pistón llegue a los topes superiores, como se muestra en la figura. En este punto, se elimina la carga y se observa que la temperatura del gas es de 90 ° C. El trabajo realizado en la carga durante este proceso de expansión es igual al aumento de su energía potencial, digamos 15 kJ. Incluso en condiciones ideales (pistón ingrávido, sin fricción, sin pérdidas de calor y expansión de cuasi equilibrio), la cantidad de calor suministrada al gas es mayor que el trabajo realizado, ya que parte del calor suministrado se utiliza para elevar la temperatura del gas. Ahora intentemos responder a esta pregunta: ¿Es posible transferir los 85 kJ de exceso de calor a 90 ° C nuevamente al depósito a 100 ° C para su uso posterior? Si es así, tendremos un motor térmico que puede tener una eficiencia térmica del 100 por ciento en condiciones ideales. La respuesta a esta pregunta es nuevamente no, por la simple razón de que el calor siempre se transfiere de un medio de alta temperatura a uno de baja temperatura, y nunca al revés. Por lo tanto, no podemos enfriar este gas de 90 a 30 ° C transfiriendo calor a un depósito a 100 ° C. En cambio, tenemos que poner el sistema en contacto con un depósito de baja temperatura, digamos a 20 ° C, para que el gas pueda volver a su estado inicial al rechazar sus 85 kJ de exceso de energía como calor a este depósito. Esta energía no puede ser reciclada, y se llama propiamente energía residual. De esta discusión se concluye que cada motor térmico debe desperdiciar algo de energía transfiriéndolo a un depósito de baja temperatura para completar el CICLO, incluso en condiciones ideales.

Tenga en cuenta que la imposibilidad de tener un motor térmico 100 por ciento eficiente no se debe a la fricción u otros efectos disipativos. Es una limitación que se aplica tanto a los motores de calor idealizados como a los actuales.

Es posible, si pudieras arreglar-

• Oxígeno 100% puro
• Gasolina de más de 95 octanos (Cetano en el caso del diésel)
• Una cámara de combustión con aislamiento absoluto con 0.0% de pérdida de calor (imposible según la ley de termodinámica)
• Disposición cilindro-pistón sin fricción sin pérdidas mecánicas y térmicas de ningún tipo.
• Líneas de transmisión sin engranaje, ya que consumen mucha energía en la transmisión.

Espero que hayas entendido lo que intento transmitir. ¡Un tipo de ciencia se está comiendo otro tipo de ciencia!

Nuestros padres necesitan el 100% de nosotros, pero no damos la mitad de lo que esperan. Esto es lo mismo que sucede con el ciclo de Carnot . 🙂

Recuerde que la segunda ley, si la termodinámica establece que no todo el calor suministrado a un motor térmico puede usarse para hacer el trabajo, la eficiencia de Carnot establece un valor límite en la fracción de calor que puede usarse. Para ser 100% no debe sufrir ningún cambio en la entropía que sea prácticamente imposible.

En palabras simples, no puede crear una configuración perfecta que descarte todas las fuerzas de amortiguación y reccesivas. Esto también se debe a que cada proceso provoca un aumento en la entropía y una mayor entropía disminuye la energía disponible para el trabajo. Consulte la segunda ley de termodinámica para una mejor comprensión .

No, no es posible crear un motor térmico con un 100% de eficiencia. Debido a la segunda ley de la termodinámica, se sabía que el calor es la energía de bajo grado, es decir, no se puede convertir en el trabajo por completo. Por lo tanto, según la declaración de Kelvin Plancks, el calor no se puede convertir completamente en trabajo por lo que ningún motor tiene una eficiencia del 100%.

Además, a partir de la declaración de Kelvin Plancks, el motor térmico produce el trabajo de interacción con 2 depósitos térmicos y si el 100% de eficiencia significa que solo hay una interacción de depósito, lo que constituye una violación de la declaración de Kelvin Plancks y, por lo tanto, no ocurre.

Más aún, en el ciclo del motor térmico, la eficiencia del 100% significa que no hay rechazo de calor, lo que significa que el proceso de rechazo de calor no ocurre, lo que provoca que los 2 procesos isoentrópicos (compresión isoentrópica y expansión isentrópica) se crucen en el punto inicial. Pero desde lo más básico de la termodinámica, sabemos que el proceso isentrópico 2 nunca se cruza entre sí, ya que este proceso representa una propiedad de la entropía, por lo que el motor 100% eficiente no ocurre.

Hola Fátima: dado que el ciclo del motor de Carnot es solo una abstracción matemática, la respuesta a esta pregunta se basará matemáticamente.

Al igual que un motor de calor ‘real’, Carnot introduce calor en el ciclo desde una fuente de temperatura ‘alta’, trabaja un poco con él y extrae el calor ‘residual’ a un sumidero de temperatura ‘baja’. Cualquier energía térmica que sea calor ‘residual’ es energía térmica que no se puso a trabajar. La presencia de cualquier calor ‘residual’ resulta en una eficiencia no unitaria. Por lo tanto, cualquier temperatura del sumidero de temperatura ‘baja’ que sea mayor que cero absoluto da como resultado una eficiencia de no unidad por definición.

Muchas gracias.

El 100% de eficiencia es teóricamente posible. Ahora, eso es posible cuando se usa un número infinito de motores térmicos en serie, de modo que la diferencia de temperatura entre la fuente y el sumidero en cada uno es infinitesimal. Ese motor no sirve de nada, ya que el trabajo extraído es muy bajo.

Okay. Entonces, alguien ya dijo que es la segunda ley de la termodinámica y que la eficiencia máxima no puede ser mayor que el límite de Carnot.

Pero me gustaría explicarte esto de una manera ligeramente diferente. No en forma de libro de texto, sino desde el punto de vista práctico.

Todos los procesos espontáneos que ocurren en la naturaleza son posibles debido a la diferencia potencial, es decir, cuando hay una fuerza motriz.

• los flujos de agua fluyen a una altitud más alta a una altitud más baja debido a la diferencia en la energía potencial.
• La corriente fluye en un cable cuando un extremo del cable tiene un potencial mayor que el otro extremo, es decir, hay una diferencia de voltaje.
• El aire fluye de un lugar a otro debido a la diferencia de presión en los dos lugares.

Entonces, el punto es que, sin una diferencia potencial o una fuerza motriz, un proceso no puede ocurrir. Usamos este hecho para aprovechar la energía . Cuando el agua fluye desde una altitud más alta a una altitud más baja, colocamos una turbina en el medio para utilizar la energía asociada con el agua.

¿Qué pasa si no hay salida a la turbina? ¿Girará la turbina? No. Debe haber una elevación más baja donde el agua debe fluir. El agua solo puede girar la turbina cuando fluye de una elevación (más alta) a otra (más baja).

Si no hubiera una elevación más baja, el agua simplemente pasaría de una elevación más alta a la turbina por un tiempo limitado y después de un tiempo la turbina se detendrá para rotar. En otras palabras, para rotar una turbina necesitamos una elevación más baja donde el agua debe fluir. El agua tiene energía cuando fluye a una elevación más baja, pero no podemos hacer nada al respecto, es un desperdicio desde el punto de vista de la turbina, pero si miramos una imagen más amplia, el agua fluía espontáneamente, tenemos la suerte de poder poner una turbina en el medio. Cuando el agua está a una altitud más alta, solo tiene energía potencial (capacidad para hacer trabajo), pero para utilizar esta energía necesitamos una altitud más baja, entonces y solo entonces fluirá y tendrá energía cinética (que se puede utilizar). Si no hay proceso, no hay fuerza motriz y no se puede utilizar.

Ahora, aplique este concepto a los motores térmicos.

El proceso espontáneo es el flujo de calor de alta temperatura a baja temperatura (es decir, de la fuente de calor al disipador de calor). Pero colocamos un motor en el medio para que podamos utilizar esta energía asociada con el flujo de calor. Si no hay disipador de calor, entonces no hay fuerza motriz para la transferencia de calor, por lo tanto, no podemos utilizar la energía a través de un motor térmico.

Analogía entre turbina de agua y motor térmico:

Energía potencial del agua => Temperatura de la fuente de calor.
Energía cinética del agua => Flujo de calor

Desde el punto de vista del motor, parte de la energía fluye al disipador de calor, lo que consideramos como “pérdida de energía” y, por lo tanto, la eficiencia es inferior al 100%.

Ninguna máquina está libre de los efectos de la gravedad, e incluso con lubricación, la fricción siempre está presente, por lo que la energía que produce una máquina siempre será menor que la energía que se le aplica. La mayoría de las máquinas implican transferir energía de un lugar u otro, o transformar una forma en energía en otra, pero las máquinas no pueden crear energía. Esta tendencia de los sistemas a perder energía se llama entropía. La entropía en un sistema cerrado nunca disminuye. Los sistemas siempre tienden a un estado de desorden creciente a menos que se le ponga más energía al sistema para contrarrestar esta tendencia.

Una máquina que puede seguir funcionando sin la entrada de energía se llama máquina de energía perpetua. Los inventores siempre han tratado de desarrollar una máquina de este tipo, pero existe un consenso casi universal entre los científicos de que el movimiento perpetuo es imposible porque viola las leyes de la termodinámica.

Debido a que cualquier energía impartida a un equipo mecánico o electrónico o eléctrico se usa en parte para llevar a cabo el trabajo deseado y la porción de equilibrio de energía se pierde inevitablemente como pérdidas en forma de calor debido a la fricción o al calor mismo o debido a resistencia o impedancia o eddie / histéresis, etc. Sin embargo, esta energía desperdiciada se puede recuperar de una forma u otra y se puede utilizar para mejorar la eficiencia de la máquina, pero la eficiencia no se puede llevar al 100%.