¿Cómo puede un motor lograr una eficiencia energética superior al 50% y también cumplir con la Tercera Ley de Newton?

Answer 1

El rendimiento de los motores térmicos está más limitado por las leyes de la termodinámica que por las leyes del movimiento.

Imagina una mesa de billar. Una bola en movimiento puede golpear una bola estacionaria, y esencialmente intercambiarán velocidades. Una colisión perfectamente elástica (entre objetos de igual masa) transferirá toda la energía cinética de la bola en movimiento. Así que la Tercera Ley de Newton sugeriría que un motor podría alcanzar una eficiencia de hasta el 100%.

Sin embargo, la termodinámica es más estricta que eso. Los motores no extraen energía de las bolas de billar, extraen energía de los flujos de calor (generalmente a través de ciclos de expansión de fluidos). Por lo tanto, la energía absoluta en su fluido no es tan importante como la diferencia entre la fuente de calor y el disipador de calor. La forma de calcular la eficiencia máxima posible a partir de la diferencia de temperatura es la eficiencia de Carnot . Básicamente, cuanto más caliente esté su fuente de calor, o cuanto más frío esté su disipador de calor, más eficiente será su motor. Normalmente usamos el entorno cercano como el disipador de calor, por lo que la única forma de controlar realmente la eficiencia de Carnot es hacer que el motor funcione más caliente. Esto requiere materiales avanzados. Luego, para lograr eficiencias reales en cualquier lugar cercano a la eficiencia de Carnot, necesita un diseño de motor extremadamente bueno. Los motores diesel para embarcaciones de carga marina de gama alta pueden obtener un 60% de eficiencia real frente a una eficiencia de Carnot del 65%, pero es más probable que su automóvil tenga aproximadamente un 20% de eficiencia real frente a un 30% ideal.

Ver también:
La respuesta de Ryan Carlyle a Energía alternativa: ¿Existe una manera eficaz y eficiente de aprovechar la “energía térmica” producida a partir de un motor a base de gasolina?

Answer 2

Creo que estás malinterpretando la Tercera Ley de Newton.

La ley dice que si hay una fuerza en el pistón, el pistón debe empujar hacia atrás con la misma fuerza en un objeto diferente . Toda la fuerza que mueve el pistón entra en el trabajo que se transmite al cigüeñal. (Menos pérdidas por fricción). No hay límite al 50%.

El límite teórico es el teorema de Carnot, pero proviene de un tipo diferente de razonamiento.

Answer 3

Ningún motor puede ser más eficiente que el motor de carnot cuya eficiencia es superior al 50% según la fuente y la temperatura del fregadero. Pero no voy a entrar demasiado en la termodinámica. Lo que ha interpretado como la tercera ley de Newton en este caso no es correcto. Un motor en sus términos más básicos usa energía y la convierte en trabajo. Ahora el par de reacción de acción no es la energía y el trabajo. Generalizar la tercera ley de Newton para cualquiera de los dos sistemas es absurdo. Es cierto que la tercera ley de Newton tiene muchas implicaciones filosóficas, pero en su esencia es una ley científica. En el caso de los motores, el par de reacción de acción es la fuerza de fricción entre varias partes del motor o el motor con el entorno. Energía y trabajo no hacen un par de reacción de acción.

Answer 4

En un motor con manivela, ¿no sería el pistón opuesto empujado hacia arriba una acción igual y opuesta a un pistón que es forzado hacia abajo? De esta forma, podría obtener una eficiencia cercana al 100% sin violar ninguna ley.

Answer 5

Un motor térmico ideal tiene una eficiencia = 1 – Tlow / Thigh donde Tlow y Thigh son las temperaturas de fuente y de baja y alta temperatura en Kelvins. Para obtener un 50 por ciento de Tlow / Thigh teórico debe ser .5. Si tiene una fuente de alta temperatura de, por ejemplo, 500 K (es decir, -hot-. La ebullición en K es de 375.15) y un sumidero de temperatura de 250 K, 23 grados por debajo del punto de congelación del agua, obtendrá un motor térmico de 50 ° C. Porcentaje eficiente -en teoría-. Pero los motores térmicos nunca son realmente reversibles, por lo que puede obtener 2/3 de esa eficiencia en la vida real con los límites de temperatura postulados.