Cos'è il ciclo termico di Carnot?
Il ciclo termico di Carnot, più propriamente chiamato ciclo di Carnot, è un ciclo termodinamico idealizzato che viene utilizzato per determinare la massima efficienza possibile per un motore termico che funziona tra due temperature indicate. È usato per scopi teorici, ma non può realmente operare nei sistemi fisici. Sebbene, in teoria, un motore possa essere costruito funzionando quasi alla massima efficienza, il trasferimento di calore nel ciclo è troppo lento per essere un sistema pratico. Il valore principale del ciclo di Carnot sta nello stabilire la massima efficienza per altri tipi di motori termici.
Vengono fatte due ipotesi nella costruzione del ciclo termico di Carnot, per dargli la massima efficienza possibile: tutti i processi sono reversibili e non vi è alcun cambiamento nell'entropia. Un processo reversibile è uno che può essere riportato al suo stato originale senza perdita di energia. L'entropia è la quantità di energia in un sistema che non è disponibile per lavorare. Secondo la seconda legge della termodinamica, la quantità di entropia in un sistema deve aumentare o rimanere la stessa quando si verifica un processo. Nessuna di queste ipotesi può essere soddisfatta in condizioni naturali, ma sono utili per determinare la massima efficienza.
Quattro processi si ripetono in un ciclo termico di Carnot. Il primo è un'espansione isotermica . 'Isotermico' significa che la temperatura rimane la stessa per tutto il processo. Il volume aumenta e la pressione diminuisce durante questo, e l'energia viene aggiunta al sistema.
Il prossimo processo è noto come espansione adiabatica . Nei processi adiabatici, il sistema non guadagna o perde calore. Le variazioni di temperatura si verificano a causa di variazioni di pressione e volume. Per questo particolare passaggio, la pressione viene ridotta e il volume viene aumentato, al fine di ridurre la temperatura.
Terzo è una compressione isotermica . La pressione aumenta e il volume diminuisce durante questo processo e l'energia viene rimossa dal sistema. Infine, viene eseguita una compressione adiabatica per riportare il sistema al suo stato originale. La pressione viene aumentata e il volume viene ridotto per aumentare la temperatura.
A causa del presupposto che non vi siano cambiamenti nell'entropia durante il ciclo di Carnot, potrebbe essere eseguita all'infinito e mantenere la stessa quantità di energia ogni volta che ritorna al suo stato originale. C'è ancora dell'entropia anche in questo sistema idealizzato, il che significa che non può essere efficiente al 100%. L'effettiva efficienza di un ciclo termico di Carnot può essere calcolata utilizzando le sue temperature massima e minima, sulla scala di temperatura assoluta o Kelvin (K). In questa equazione, la temperatura minima viene sottratta dal massimo e questo numero viene quindi diviso per la temperatura massima.