Máquinas Térmicas

Una máquina térmica es un sistema conectado a una fuente de calor a temperatura $T_h$, que es capaz de hacer un trabajo W y liberar calor a una fuente de calor a temperatura $T_c$ con $T_h>T_c$.

Se defina la eficiencia de dicha máquina por:

$$e=\frac{W}{Q_h}=1-\frac{Q_c}{Q_h}$$

donde se ha usado la Primera Ley para despejar W. Tanto W, $Q_h$, $Q_c$ se calculan en un ciclo de funcionamiento de la máquina. Derivemos el trabajo realizado en un ciclo. Dado que se trata de un ciclo, la energía interna del sistema no cambia. Se tiene que:

$$W=Q_h-Q_c$$

Nótese que $Q_c$ es positivo si el sistema cede calor al Depósito de calor a menor temperatura.

Según esta ecuación, una máquina térmica tiene 100% de eficiencia sólo si $Q_c=0$. La experiencia muestra que esto es imposible. Esto constituye la forma Kelvin-Planck de la Segunda Ley de la Termodinámica: Es imposible hacer una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía de un depósito y la realización de una cantidad de trabajo equivalente.

Tal máquina, si existiera, sería una máquina perfecta.