Ciclo de Carnot: ¿Qué sucede con el resto de la energía?

El resto del calor,$Q_{out}=Q_{in}-W$fluye hacia el fregadero en$T_0$. Es una consecuencia del principio de entropía (la entropía total nunca decrece) que$Q_{out}$no puede ser menor que ($Q_{in} -$el potencial de trabajo calculado). (Podría ser mayor, en cuyo caso el trabajo realizado sería menor que el trabajo potencial).

Veamos primero la ecuación. Reescribiremos la ecuación así.

En el límite donde

Podemos observar que

y cuando$T_O = T_R$entonces

Lo que destaca la relación como un tipo de factor de fase hiperbólica que determina la cantidad de trabajo que se puede extraer de una cantidad de calor en función de la temperatura del depósito en comparación con alguna temperatura del estado fundamental.

Cuando discutimos el ciclo de Carnot, necesitamos introducir el concepto de entropía y ver que el trabajo del sistema es un área delimitada por una curva en el plano TS (que por simplicidad generalmente se muestra como un cuadrado). Esta situación se puede describir con la ecuación para el trabajo como:

Esta ecuación deja en claro que solo se puede extraer trabajo cuando hay un cambio en la entropía , que es la energía térmica por unidad de temperatura no disponible para el trabajo. Entonces, la relación de temperatura es un factor que nos informa cuánto del calor de entrada no está disponible para el trabajo. Lo que es la entropía no estuvo bien definido durante muchos años hasta que Boltzmann pudo proporcionar una interpretación microscópica.

Boltzmann entendía que la entropía estaba relacionada con el número de configuraciones en las que podían encontrarse los átomos. Cuando hay más configuraciones posibles, la entropía es alta. Lo que sucede en el mundo real es que la cantidad de configuraciones posibles asociadas con el fondo es enorme, por lo que mientras parte del calor se convierte en trabajo, otra parte del calor es absorbida por el entorno para energizarse .algunas de las configuraciones ambientales. Es esencialmente un impuesto que pagamos para hacer un trabajo útil. Lo que realmente está sucediendo es que el sistema está tratando de alcanzar el equilibrio y, de hecho, el calor que no se usa para el trabajo en realidad está calentando el ambiente directamente (y en un sistema cerrado pequeño, el ambiente en realidad estaría aumentando en temperatura, no lo sabemos). No noto el efecto porque el entorno es muy grande en comparación con los sistemas con los que tratamos).