Principais cientistas envolvidos

Ciclo de Carnot

Diagrama Pressão x Volume para o ciclo de Carnot

Ciclo de Carnot é o ciclo executado pela máquina de Carnot, idealizada pelo engenheiro francês Carnot e que tem funcionamento apenas teórico (ainda não foi possível criar uma Máquina de Carnot). Funcionando entre duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas alternadamente, permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo (fonte fria). O rendimento da Máquina de Carnot é o máximo que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode ter (Mas o rendimento nunca chega a 100%).

Teoria

Temos que o rendimento da máquina em porcentagem é igual a:

Onde:

T_f = Temperatura da fonte fria(em Kelvin)

T_q = Temperatura da fonte quente (em Kelvin)

A utilidade da Máquina de Carnot é descobrir se uma máquina térmica tem bom rendimento, para assim ver se seu custo é viável para a indústria.

A possibilidade de interconversão entre calor e trabalho possui restrições para as máquinas térmicas. O Segundo Princípio da Termodinâmica, elaborado em 1824 por Sadi Carnot, é enunciado da seguinte forma:

" Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada)"

Na Fig. 1 mostraremos a energia e a temperatura em Q e T respectivamente, que durante cada ciclo do motor, a substância de trabalho absorve a energia Q_a sob a forma de calor de um reservatório térmico mantido a temperatura constante T_a e libera a energia Q_b sob a forma de calor para um segundo reservatório térmico mantido a uma temperatura inferior, também constante T_b.

FIG. 1 Calor Q_a convertido em trabalho

Exemplo: Em uma locomotiva a vapor, a caldeira representa a fonte quente, de onde é retirada uma certa quantidade de calor. Parte dessa energia térmica, denominada energia útil, é convertida em trabalho mecânico. A outra parte dessa energia, chamada energia dissipada, é jogada para a atmosfera, que, nesse caso, possui o papel de fonte fria.

O rendimento de uma máquina térmica é dado pelo quociente do trabalho pela energia útil, onde o trabalho é definido pela diferença entre a energia útil e a energia dissipada. A equação do rendimento pode ser reescrita como a diferença entre a unidade e o quociente da energia dissipada pela energia útil.

Rendimento da Maquina (r)

Rendimento da Maquina em % (r)

Trabalho (W)

W = Q₁ − Q₂

onde:

r é o rendimento;

Q₁ é a energia útil;

W é o trabalho;

Q₂ é a energia dissipada;

FIG. 2 Diagrama Pressão x Volume para o Ciclo de Carnot

FIG. 3 Reservatorio 1

FIG. 3 Reservatório 2