Cos'è il ciclo di Carnot?

Il ciclo Carnot è un ciclo termodinamico idealizzato che descrive un motore termico perfetto. Tutti i veri motori termici sono approssimazioni imperfette della perfezione teorica incarnata dal ciclo di Carnot. Nel ciclo di Carnot, non tutta l'energia termica viene convertita in lavoro meccanico, ma una grande parte è - la più grande parte consentita dalla legge fisica.

Un motore termico produce lavoro dal differenziale di temperatura di due serbatoi. In un motore a combustione, un serbatoio è il calore creato all'interno del motore ( sorgente ) e l'altro è l'ambiente esterno ( lavandino ). Il calore generato dalla fonte provoca l'espansione del gas all'interno del cilindro, guidando un pistone che funziona. Lo stato termodinamico del gas - in espansione, ma a temperatura costante - è chiamato isotermico .

Alla fine la fonte di calore viene rimossa e il gas smette di espandersi così rapidamente. Se il calore fosse mantenuto continuamente, il cilindro esploderebbe. Il gas inizia a perdere temperatura quando raggiunge il volume massimo e non lavora più sul pistone. Questa è chiamata espansione adiabatica del gas. Quindi il pistone inverte la rotta, comprimendo il gas, fino a quando non inizia a raggiungere la massima temperatura e resistenza fisica a causa del calore che contiene, riportando il sistema al suo stato iniziale. Quindi il ciclo ricomincia.

Esistono molti tipi diversi di motori termici. Tutti lavorano sul gradiente di temperatura familiare tra una sorgente e un lavandino. Per massimizzare l'efficienza dei motori termici, devono essere ben isolati. Nella maggior parte dei motori utilizzati oggi, il gas rimane un gas per tutto il ciclo, ma nei motori a vapore si verifica un cambiamento di fase tra liquido e gas.

In un perfetto ciclo di Carnot, tutti e quattro i passaggi avvengono molto lentamente, per ridurre al minimo l'entropia o irreversibilità termodinamica, creata dal processo. In realtà, i passi procedono rapidamente e viene generata l'entropia, il che significa che il ciclo non può andare avanti per sempre. Le pareti del cilindro si degradano, il calore dall'interno del motore si perde in un ambiente esterno e così via. Il ciclo di Carnot può essere eseguito al contrario per creare un frigorifero.