¿Por qué usamos motores térmicos si son tan ineficientes?

¿Por qué usamos principalmente motores térmicos?

Antes de que se inventaran los motores, todo el trabajo humano se realizaba con mano de obra manual. El tiempo que los humanos hemos pasado con los motores es menor que el que hemos pasado sin ellos.

Los usamos para disminuir el trabajo realizado por los humanos. Sí, los motores son menos eficientes que una cosa puramente mecánica, pero lo que también debe mencionar es la velocidad (rpm) de estos motores al trabajo.

¿Irías en bicicleta a un viaje largo o te gustaría tomar un automóvil?

El automóvil es, por así decirlo, más eficiente en el tiempo para la persona que una bicicleta. Entonces, lo que debería preguntarse es ¿eficiencia de qué? Incluso el cuerpo humano, que es el caso 1, no es 100% eficiente (como menciona David a continuación, los humanos somos máquinas extremadamente ineficientes) .

Entonces, los dos casos que mencionaste son métodos extremadamente ineficientes.

Y no, nada está mal con tu análisis.

No creo que haya nada malo en tu análisis. Sin embargo, creo que su premisa original es incorrecta. Cuando dice que los motores térmicos son tan ineficientes, creo que está confundiendo la eficiencia del motor con la eficiencia del ciclo termodinámico en el que opera el motor. La eficiencia de ese ciclo está limitada por la máxima eficiencia posible del ciclo de Carnot.

Estoy de acuerdo en que su motor 1 es casi 100 por ciento eficiente (sin fricción, resistencia del aire, resorte ideal). Pero puedo darle un ejemplo de un motor térmico que también es casi 100 % eficiente. Considere la máquina térmica (pistón/cilindro) de un ciclo de Carnot. Durante la expansión isotérmica reversible, la máquina térmica convierte en trabajo el 100 % del calor transferido al gas. Pero para devolver el sistema a su estado original, se requiere una compresión isotérmica que rechace el calor. Como resultado, no todo el calor transferido al sistema realiza trabajo, por lo que el ciclo tiene menos del 100 % de eficiencia térmica. Pero hay un trabajo neto realizado por el sistema.

En el ejemplo del motor 1, la caja inicialmente no tiene energía cinética y el resorte tiene energía potencial. Al lanzarse, la caja sale del resorte con algo de energía cinética inicial, que es igual a la pérdida de energía potencial del resorte. La caja alcanza una altura máxima tal que su energía cinética es cero y su energía potencial gravitatoria es igual a su energía cinética inicial. Pero para “completar el ciclo” (regresar la caja a su estado original justo después del lanzamiento) la caja cae cediendo toda su ganancia en energía potencial convirtiéndola en energía cinética justo antes de impactar con el resorte. Después de comprimir el resorte, la caja no tiene energía cinética y el resorte tiene su energía potencial original. El sistema ha vuelto a su estado original. Sin embargo, el trabajo neto realizado para este "ciclo" es cero.

Espero que esto ayude.

Este es un pensamiento muy interesante para pensar. Pero, veo un defecto en su análisis. No hay máquinas térmicas que se escapen: cualquier cosa viva es una máquina térmica.

El sistema de resorte es impulsado por un ser humano, que es una máquina de calor muy ineficiente, que es una parte muy importante de su motor mecánico.

Y como dijo @Bod D, los motores son cíclicos y deben reiniciarse para comenzar de nuevo. El agente que restablece la máquina de resortes es el humano. El ejemplo de la máquina de calor podría configurarse sin necesidad de humanos, solo una fuente de calor (estoy imaginando algo como una lámpara de lava). Podría hacerse más eficiente y efectivo que su dedo alimentado por alimentos. Fácilmente sería más efectivo porque podrías hacer otras cosas mientras sucede y hacer muchas más en paralelo.

Para resumir, el combustible es barato y mi tiempo es valioso. Del mismo modo, podría investigar qué aplicaciones son adecuadas para el ciclo de Sterling frente al ciclo de Carnot o el ciclo de Otto o el ciclo de Rankine... o el ciclo de Benson-Calvin para salir de la caja de los ciclos hechos por humanos.

Usamos motores térmicos porque pueden operar continuamente con un ciclo termodinámico (p. ej., el ciclo de Rankine para las centrales eléctricas modernas típicas), dado que tienen algún tipo de fuente de calor (p. ej., combustión, nuclear, solar, etc.).

Si generamos trabajo continuamente de esta manera, podemos almacenarlo (p. ej., como electricidad en la red) y luego usarlo para más adelante (p. ej., para cargar la caja en su resorte).

El principal problema con su análisis y conclusión es que nadie usa motores térmicos para realizar tareas como lanzar un objeto (a excepción de los motores de combustión, donde el trabajo de expansión del gas es más que suficiente para mover un objeto).

Usamos motores térmicos porque cuando se combinan con ciclos termodinámicos , podemos generar y almacenar energía continuamente para su uso posterior.