Ciclo termodinámico para niños
Un ciclo termodinámico es como un viaje de ida y vuelta para un sistema. Imagina que tienes un objeto o una máquina. Este objeto pasa por varios cambios, como calentarse, enfriarse, expandirse o comprimirse. Al final de todos esos cambios, el objeto vuelve exactamente a su estado inicial. Es decir, sus propiedades internas, como su temperatura o su presión, son las mismas que al principio.
Aunque el sistema regrese a su punto de partida, durante el viaje puede haber intercambiado energía con su entorno. Esta energía se transfiere en forma de calor o de trabajo (como mover algo). Una regla muy importante en la física, llamada la primera ley de la termodinámica, nos dice que la energía siempre se conserva. Esto significa que la cantidad total de calor y trabajo que el sistema recibe debe ser igual a la cantidad total de calor y trabajo que el sistema entrega.
Contenido
¿Cómo se representa un ciclo termodinámico?
Para entender mejor un ciclo termodinámico, los científicos usan un dibujo especial llamado diagrama P-V. En este diagrama, el eje horizontal (el de abajo) representa el volumen del sistema, y el eje vertical (el de lado) representa la presión.
Cuando un sistema pasa por un ciclo termodinámico, su camino en este diagrama forma una línea cerrada. Es como si dibujaras un círculo o una forma ovalada. El área que queda dentro de esa forma cerrada en el diagrama P-V es muy importante. Nos dice la cantidad total de trabajo que se ha realizado durante todo el ciclo.
- Si el ciclo avanza en el sentido de las agujas del reloj (hacia la derecha), significa que el sistema ha producido trabajo. Es como un motor que hace algo útil.
- Si el ciclo avanza en sentido contrario a las agujas del reloj (hacia la izquierda), significa que se ha tenido que aplicar trabajo sobre el sistema para que funcione. Esto ocurre, por ejemplo, en los refrigeradores.
Usos prácticos de los ciclos termodinámicos
Los ciclos termodinámicos son la base de muchas tecnologías que usamos a diario. Se pueden usar para dos cosas principales: producir trabajo o mover calor.
Obtención de trabajo: Motores y energía
Uno de los usos más comunes de los ciclos termodinámicos es la creación de motores térmicos. Estos motores toman calor de una fuente caliente (como la combustión de gasolina o el vapor de agua) y lo transforman en movimiento o energía. Piensa en el motor de un coche o en las centrales eléctricas que generan electricidad.
La eficiencia de un motor es muy importante. Se refiere a qué tan bien el motor convierte el calor en trabajo útil. Cuanto más eficiente sea, menos energía se desperdicia. Existen muchos tipos de ciclos termodinámicos para motores, como el Ciclo Otto (usado en coches de gasolina) o el Ciclo Diesel.
A menudo, el fluido que se usa en estos ciclos es agua, que se convierte en vapor. Pero también se pueden usar otras sustancias, como aire o líquidos especiales, dependiendo de la temperatura y el tipo de motor.
Aporte de trabajo: Refrigeración y aire acondicionado
Los ciclos termodinámicos también se pueden usar de forma inversa. En lugar de producir trabajo a partir del calor, se les aplica trabajo para mover el calor de un lugar frío a uno más caliente. Esto no ocurre de forma natural, por lo que necesitamos una máquina que lo haga.
Este principio es el que usan las bombas de calor, que incluyen los refrigeradores y los aparatos de aire acondicionado.
- Un refrigerador toma el calor de dentro (donde hace frío) y lo expulsa hacia afuera (donde hace más calor), manteniendo tus alimentos frescos.
- Un aparato de aire acondicionado toma el calor de una habitación y lo expulsa al exterior, enfriando el espacio.
En ambos casos, se necesita energía (trabajo) para que el ciclo funcione y mueva el calor en la dirección "contraria" a la natural.
Galería de imágenes
-
El círculo de la imagen representa a un sistema que evoluciona a través de ciclos termodinámicos.
-
Diagrama de presión y volumen de un ciclo termodinámico.
-
Ciclo termodinámico que mueve calor de un lugar frío a uno caliente.
Véase también
En inglés: Thermodynamic cycle Facts for Kids
