O que é o ciclo de calor de Carnot?
O ciclo de calor de Carnot, mais apropriadamente chamado de ciclo de Carnot, é um ciclo termodinâmico idealizado usado para determinar a máxima eficiência possível para um mecanismo de calor operando entre duas temperaturas. É usado para fins teóricos, mas não pode realmente operar em sistemas físicos. Embora, em teoria, um motor possa ser construído operando próximo à eficiência máxima, a transferência de calor no ciclo é muito lenta para ser um sistema prático. O principal valor do ciclo de Carnot consiste em estabelecer a máxima eficiência para outros tipos de motores térmicos.
Duas suposições são feitas na construção do ciclo de calor de Carnot, para proporcionar a máxima eficiência possível - todos os processos são reversíveis e não há alteração na entropia. Um processo reversível é aquele que pode retornar ao seu estado original sem perda de energia. Entropia é a quantidade de energia em um sistema que não está disponível para o trabalho. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a quantidade de entropia em um sistema deve aumentar ou permanecer a mesma quando ocorre um processo. Nenhuma dessas premissas pode ser cumprida em condições naturais, mas são úteis na determinação da eficiência máxima.
Quatro processos se repetem em um ciclo de aquecimento de Carnot. A primeira é uma expansão isotérmica . 'Isotérmico' significa que a temperatura permanece a mesma durante todo o processo. O volume aumenta e a pressão diminui durante isso, e a energia é adicionada ao sistema.
O próximo processo é conhecido como expansão adiabática . Em processos adiabáticos, nenhum calor é ganho ou perdido pelo sistema. Mudanças na temperatura ocorrem devido a mudanças na pressão e no volume. Para esta etapa específica, a pressão diminui e o volume aumenta, a fim de diminuir a temperatura.
O terceiro é uma compressão isotérmica . A pressão aumenta e o volume diminui durante esse processo, e a energia é removida do sistema. Por fim, uma compactação adiabática é realizada para retornar o sistema ao seu estado original. A pressão é aumentada e o volume diminuído para aumentar a temperatura.
Devido ao pressuposto de que não há alteração na entropia durante o ciclo de Carnot, ela poderia ser executada infinitamente e manter a mesma quantidade de energia toda vez que retornasse ao seu estado original. No entanto, ainda existe alguma entropia neste sistema idealizado, o que significa que ele não pode ser 100% eficiente. A eficiência real de um ciclo de calor de Carnot pode ser calculada usando suas temperaturas máxima e mínima, na escala de temperatura absoluta ou Kelvin (K). Nesta equação, a temperatura mínima é subtraída da máxima e esse número é dividido pela temperatura máxima.