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CICLO DE CARNOT O motor de Carnot é um ciclo teórico termodinâmico proposto por Leonard Carnot. Dá a estimativa da eficiência máxima possível que uma máquina térmica durante o processo de conversão de calor em trabalho e inversamente, trabalhando entre dois reservatórios, pode possuir. Como todos os processos que ocorrem no ciclo ideal são reversíveis, o ciclo pode ser revertido e a máquina absorveria calor da fonte fria e daria calor à fonte quente, tendo que fornece trabalho para a máquina. Se o objetivo dessa máquina é extrair calor da fonte fria (para mantê-la fria), ela é chamada de máquina de refrigeração, e se é para transferir calor para a fonte quente, é chamada de bomba de calor. O ciclo de Carnot nesta máquina térmica consiste em dois processos isentrópicos e dois isotérmicos. Processos Processo 1-2: Expansão Isotérmica Reversível (T H = const) Durante este processo, o calor é absorvido. Gás expande-se de forma reversível à temperatura constante T H . Processo 2-3: Expansão Adiabática Reversível (Isentrópica) Este processo é isentrópico. O motor é perfeitamente isolado para que nenhum calor seja perdido e absorvido. Gás continua a expandir-se lentamente até a temperatura cair a partir de t H a T L . Processo 3-4: Compressão isotérmica reversível (T L = const) Depois que o gás atinge a baixa temperatura T L , alguma força externa é aplicada ao motor para que o gás possa ser comprimido. Uma vez que a temperatura permanece constante em T L , nenhuma mudança de energia interna do gás ocorre, se assumirmos que o gás é o gás ideal. Sabendo a partir da 1 r lei da termodinâmica, obtém-se uma conclusão de que o calor deve ser transferido do motor para reservatório de baixa temperatura. Processo 4-1: Compressão Adiabática Reversível (Isentrópica) Este processo é isentrópico. O motor é perfeitamente isolado para que nenhum calor seja perdido e absorvido. O gás continua a ser comprimido lentamente até que a temperatura se eleva a partir de T G para T H . O processo chega ao fim ao atingir seu estado inicial (estado 1). A eficiência térmica do motor térmico de Carnot pode ser calculada com a expressão geral: O propósito de qualquer motor é transformar o máximo possível de energia extraída em trabalho. O motor de Carnot (ou seja, o motor de uma máquina térmica que opera no Ciclo de Carnot) necessariamente possui eficiência térmica menor que a unidade – ou seja, essa eficiência térmica é menor que 100%. Isto mostra que apenas parte da energia extraída em forma de calor de um reservatório de alta temperatura está disponível para realizar trabalho. O resto é liberado para o reservatório de baixa temperatura. A máquina operante no Ciclo de Carnot independe da substância com que trabalhe. Ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é função exclusiva das temperaturas que formam os corpos quente e frio. Logo, duas máquinas térmicas diferentes que operem sob mesma temperatura (no Ciclo de Carnot) possuem rendimentos iguais. Observação: um rendimento igual a 100%, como idealizavam os inventores, é fisicamente impossível: para o rendimento máximo, todo calor que vem da fonte quente deveria ser convertido em trabalho. Isto só ocorreria se a temperatura da fonte fria fosse zero absoluto.
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