Máquinas térmicas: transformación de calor en trabajo mecánico
Respuesta rápida
Una máquina térmica convierte calor en trabajo mecánico. Parte del calor siempre se pierde en el ambiente, por lo que su rendimiento es menor que 100 %.
Solución — Página 188
Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Secundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026
Análisis de la página
Esta página es de teoría introductoria sobre máquinas térmicas. No contiene ejercicios con incisos ni cálculos numéricos; por ello se explica el contenido y se resuelven las ideas clave.
¿Qué es una máquina térmica?
Es cualquier dispositivo que convierte energía calorífica (calor) en energía mecánica (movimiento). Para funcionar requiere:
- Una fuente de energía en forma de calor.
- Un sistema de alta temperatura.
- Un mecanismo que transforme parte de ese calor en trabajo mecánico.
La relación energética se expresa como:
W = Q_{entrada} - Q_{perdido}
donde W es el trabajo mecánico útil, Q_{entrada} el calor suministrado y Q_{perdido} el calor liberado al ambiente.
Ejemplos mencionados
- Locomotora de vapor: quema combustible, calienta agua, genera vapor que empuja pistones y produce movimiento.
- Motor de combustión interna: quema gasolina dentro de cilindros; la expansión de los gases mueve el automóvil.
Ciclo de una central termoeléctrica (según el esquema)
- El generador de vapor calienta agua y produce vapor.
- El vapor a alta presión hace girar la turbina.
- La turbina acciona el alternador, que produce energía eléctrica.
- El vapor usado se enfría en el condensador con agua fría de refrigeración y vuelve a estado líquido.
- El agua regresa al generador de vapor y el ciclo se repite.
Idea clave sobre el rendimiento
No todo el calor se convierte en trabajo: una parte se pierde en el ambiente. Por eso el rendimiento siempre es menor que 1 (o que 100 %):
\eta = \frac{W}{Q_{entrada}} < 1
Respuesta orientativa: Las máquinas térmicas transforman calor en movimiento, pero parte del calor siempre se disipa, por lo que su eficiencia es limitada.
Contenido de la página
Máquinas térmicas
Los medios de transporte han evolucionado desde las viejas locomotoras de vapor hasta los modernos automóviles que funcionan con motores de combustión interna. Las locomotoras de vapor convierten la energía calorífica en energía de movimiento.
El ser humano ha construido diferentes dispositivos llamados máquinas térmicas. Estas máquinas transforman el calor en trabajo mecánico. Para lograrlo, requieren energía en forma de calor, un sistema de alta temperatura, y parte de ella la transforman en trabajo mecánico con el cual mueven ciertos objetos, por ejemplo, un automóvil, el cual adquiere movimiento gracias a su motor de combustión interna.
A continuación se verá un sistema térmico formado por varios dispositivos y sustancias, como turbina, alternador, agua, vapor de agua, generador de vapor y condensador de agua o refrigeración:
Una máquina térmica es cualquier dispositivo que convierte energía calorífica en energía mecánica (de movimiento), pero hay que tomar en cuenta que una parte del calor suministrado a la máquina se perderá en el ambiente.
Ejemplos resueltos
Una máquina térmica recibe 500\,\text{J} de calor y realiza 150\,\text{J} de trabajo. ¿Cuánto calor se pierde y cuál es su rendimiento?
- Calor perdido: Q_{perdido} = Q_{entrada} - W = 500 - 150 = 350\,\text{J}.
- Rendimiento: \eta = \frac{W}{Q_{entrada}} = \frac{150}{500} = 0{,}3.
- En porcentaje: 0{,}3 \times 100 = 30\,\%.
Respuesta: se pierden 350\,\text{J} y el rendimiento es 30\,\%.
Tabla
| Componente | Función |
|---|---|
| Generador de vapor | Calienta agua y produce vapor a alta presión |
| Turbina | Gira impulsada por el vapor y mueve el eje |
| Alternador | Convierte el movimiento en energía eléctrica |
| Condensador | Enfría el vapor y lo convierte en agua |
| Agua fría de refrigeración | Absorbe el calor del condensador |
Diagrama
flowchart TD
A[Combustible] --> B[Generador de vapor]
B --> C[Vapor a alta presión]
C --> D[Turbina]
D --> E[Alternador]
E --> F[Energía eléctrica]
D --> G[Vapor + agua]
G --> H[Condensador]
H --> I[Agua fría de refrigeración]
H --> B
Fórmulas y ecuaciones
W = Q_{entrada} - Q_{perdido}
\eta = \frac{W}{Q_{entrada}} < 1
W = Q_{entrada} - Q_{perdido}
\eta = \frac{W}{Q_{entrada}}
Glosario (7)
- Máquina térmica
- Dispositivo que convierte energía calorífica en energía mecánica o trabajo.
- Energía calorífica
- Energía que se transfiere en forma de calor entre cuerpos a diferente temperatura.
- Trabajo mecánico
- Energía transferida cuando una fuerza desplaza un objeto.
- Turbina
- Rueda con álabes que gira impulsada por un fluido (vapor o agua) y mueve un eje.
- Alternador
- Máquina que convierte energía mecánica en energía eléctrica.
- Condensador
- Dispositivo que enfría el vapor y lo convierte en agua líquida.
- Motor de combustión interna
- Motor que quema combustible dentro de cilindros para producir movimiento.
Preguntas para practicar
¿Por qué una máquina térmica no puede transformar todo el calor en trabajo?
Porque parte del calor se disipa al ambiente a través de los gases de escape, la fricción y el sistema de refrigeración. Este calor residual no puede aprovecharse completamente, por lo que el rendimiento siempre es menor que 100 %.
¿Qué diferencia hay entre una locomotora de vapor y un automóvil de combustión interna?
La locomotora de vapor quema combustible fuera del cilindro para calentar agua y generar vapor que empuja los pistones; el automóvil quema gasolina dentro del cilindro, donde la expansión de los gases produce directamente el movimiento.
Temas y conceptos clave
Figuras de la página (2)
Preguntas que la gente también hace
¿Qué es una máquina térmica y para qué sirve?
¿Cómo funciona una central termoeléctrica paso a paso?
¿Por qué una máquina térmica no puede convertir todo el calor en trabajo?
- • Concepto de energía y sus transformaciones
- • Diferencia entre calor y temperatura
- • Noción de trabajo mecánico
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1190 caracteres
Máquinas térmicas
Los medios de transporte han evolucionado desde las viejas locomotoras de vapor hasta los modernos automóviles que funcionan con motores de combustión interna. Las locomotoras de vapor convierten la energía calorifica en energía de movimiento.
El ser humano ha construido diferentes dispositivos llamados máquinas térmicas. Estas máquinas transforman el calor en trabajo mecánico. Para lograrlo,requieren energía en forma de calor, un sistema de alta temperatura, y parte de ella la transforman en trabajo mecánico con el cual mueven ciertos objetos, por ejemplo, un automóvil, el cual adquiere movimiento gracias a su motor de combustión interna.
A continuación se verá un sistema térmico formado por varios dispositivos y sustancias, como turbina, alternador, agua, vapor de agua, generador de vapor y condensador de agua o refrigeración:
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Una máquina térmica es cualquier dispositivo que convierte energia calorífica en energía mecánica (de movimiento), pero hay que tomar en cuenta que una parte del calor suministrado a la máquina se perderá en el ambiente.
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