Segunda Ley de Termodinámica y Motores Eléctricos

• La segunda ley de la termodinámica es aplicable en un motor eléctrico.
• En cualquier proceso energético, una parte de la energía se disipa en forma de calor, incrementando la entropía del sistema.
• La conversión de energía eléctrica en mecánica en un motor eléctrico no alcanza el 100% de eficiencia.

Razones de la ineficiencia en motores eléctricos

• Pérdidas por la resistencia en los conductores, generando calor (efecto Joule).
• Pérdidas en el núcleo del motor por histéresis y corrientes parásitas.
• Fricción y resistencia del aire, que también generan calor.
• La disipación de energía útil como calor demuestra la irreversibilidad del proceso, cumpliendo la segunda ley de la termodinámica.

Leyes de los gases y su aplicación en motores de combustión interna

• Las leyes de los gases se aplican en varias etapas del ciclo de un motor de combustión interna.

Ley de Boyle (P₁V₁ = P₂V₂)

• Aplicable en la etapa de compresión.
• El pistón reduce el volumen del cilindro, aumentando la presión de la mezcla de aire y combustible antes de la ignición.

Ley de Charles (V₁/T₁ = V₂/T₂)

• Se aplica en la etapa de combustión y expansión.
• La quema del combustible aumenta la temperatura, lo que provoca una expansión del volumen en el cilindro.

Ley de Gay-Lussac (P₁/T₁ = P₂/T₂)

• Aplicable en la fase de combustión.
• El rápido aumento de temperatura por la ignición del combustible causa un aumento proporcional de la presión dentro del cilindro.
• Las leyes de los gases explican la variación de presión, volumen y temperatura de los gases en un motor de combustión interna.

Entropía en el ciclo de un motor

• La entropía aumenta significativamente durante la combustión y la expulsión de gases.

Mayor aumento de entropía (Etapa de combustión)

• La energía química del combustible se transforma en calor y trabajo mecánico.
• Parte de la energía se disipa como calor, lo que aumenta la entropía del sistema.

Expulsión de gases de escape

• Los gases de combustión salen por la válvula de escape con temperatura y energía aprovechable que se pierde en la atmósfera.
• Esta disipación energética es otra manifestación del aumento de la entropía.
• El proceso de combustión y la disipación de calor en el sistema aumentan la entropía debido a la irreversibilidad, en consonancia con la segunda ley de la termodinámica.

Efecto Joule

• Es el fenómeno en el cual una corriente eléctrica genera calor al atravesar un conductor debido a la resistencia eléctrica del material.
• Se expresa con la ecuación: Q=I²Rt (Q es el calor disipado, I la corriente, R la resistencia y t el tiempo).

Histéresis

• Es el retraso o resistencia de un material a cambiar de estado cuando se aplica una fuerza externa.
• Un efecto residual persiste incluso después de que la fuerza desaparece.

Corrientes parásitas

• Son flujos de corriente inducidos en materiales conductores expuestos a un campo magnético variable (también conocidas como corrientes de Foucault).
• Estas corrientes generan pérdidas de energía en forma de calor.