Nivel 2 · Física de secundaria · Kit docente · Grados 10–12
Termodinámica y razonamiento estadístico
Un registro de laboratorio para estudiantes y una guía específica para docentes convierten el modelo interactivo en una investigación repetible.
Registro del estudiante
Límite del motor térmico y libro de eficiencia
¿Cómo limitan las temperaturas de los yacimientos y las transferencias no contadas el trabajo útil de un motor cíclico?
Preparación
- • Utiliza el laboratorio de motores térmicos. Establece un libro de entrada caliente, trabajo y rechazo en frío completo antes de cambiar la temperatura de cualquiera de los depósitos.
Predice primero
- 1. Predecir el límite de Carnot cuando ambas temperaturas sean iguales.
- 2. Predecir cómo aumentar solo la temperatura caliente cambia el límite ideal.
| Variable | Función | Unidad |
|---|---|---|
| Temperatura caliente del depósito | independiente | K |
| Temperatura fría del depósito | independiente | K |
| Entrada de calor | Controlado | J |
| Trabajo, calor rechazado y eficiencia | Dependiente | J y % |
Columnas de observación
Analiza
- 1. ¿Cada partida se acerca a Qh = W + Qc?
- 2. ¿Qué carrera se acerca más al límite ideal?
- 3. ¿Por qué el Carnot valora un techo en lugar de una promesa?
- 4. ¿Qué cambio de energía almacenada podría imitar la salida del ciclo?
Marco para la conclusión
Para los depósitos en ___ K y ___ K, el motor entregaba ___ J a una eficiencia ___%, comparado con un techo ideal de ___%.
Guía del docente · 45–60 minutos
Enseña la investigación, no la interfaz
Objetivo: Los aprendices cierran un libro de energía cíclico y distinguen la eficiencia medida del techo reversible de Carnot.
Preparación
- • Define el calor que entra en el motor como positivo.
- • Toma el depósito caliente, el motor y el depósito frío.
- • Prepara una partida con un término de celo rechazado intencionadamente omitido.
Movimientos de facilitación
- • Requiere kelvin antes de calcular una ratio.
- • Pregunta si el dispositivo volvió a su estado inicial.
- • Traten primero los resultados por encima del límite como fallos de límite o de medición.
Accesibilidad y participación
- • Utiliza un diagrama de flujo de energía de tres cajas con etiquetas numéricas.
- • Ofrece un recordatorio de conversión de unidad para Celsius a kelvin.
- • Permite que los alumnos presenten un libro de cuentas anotado en lugar de una respuesta extensa en prosa.
Evidencia de aprendizaje
- • Un libro mayor cerrado de primera ley
- • Una comparación válida con Carnot
- • Un límite claro de ciclo completo
Comprobaciones de ideas erróneas
Una eficiencia por debajo del 100% significa que la energía ha desaparecido.
El resto es calor rechazado u otra transferencia contabilizada, sin falta de energía.
Una fluctuación puede alimentar indefinidamente un ciclo pasivo de un solo depósito.
Las fluctuaciones de equilibrio obedecen un equilibrio detallado; los costes de preparación, retroalimentación y reajuste pertenecen al ciclo.
Ampliación
Añade un modelo de pérdida a tasa finita y explica la brecha entre la eficiencia reversible y la práctica.