O que é o ciclo de Carnot?

O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico idealizado que descreve um mecanismo térmico perfeito. Todos os motores térmicos reais são aproximações imperfeitas da perfeição teórica incorporada no ciclo de Carnot. No ciclo de Carnot, nem toda a energia térmica é convertida em trabalho mecânico, mas uma grande parte é - a maior parte permitida pela lei física.

Um motor térmico produz trabalho a partir do diferencial de temperatura de dois reservatórios. Em um motor de combustão, um reservatório é o calor criado dentro do motor ( fonte ) e o outro é o ambiente externo ( pia ). O calor gerado pela fonte faz com que o gás dentro do cilindro se expanda, acionando um pistão que funciona. O estado termodinâmico do gás - em expansão, mas com uma temperatura constante - é chamado de isotérmico .

Eventualmente, a fonte de calor é removida e o gás para de se expandir tão rapidamente. Se o calor fosse mantido continuamente, o cilindro explodiria. O gás começa a perder temperatura quando atinge seu volume máximo e não trabalha mais no pistão. Isso é chamado de expansão adiabática do gás. Em seguida, o pistão inverte o curso, comprimindo o gás, até começar a atingir a temperatura máxima e a resistência física devido ao calor que contém, colocando o sistema de volta ao estado inicial. Então o ciclo começa novamente.

Existem muitos tipos diferentes de motores térmicos. Todos trabalham no gradiente de temperatura familiar entre uma fonte e uma pia. Para maximizar a eficiência dos motores térmicos, eles devem estar bem isolados. Na maioria dos motores usados ​​atualmente, o gás permanece um gás durante todo o ciclo, mas nos motores a vapor ocorre uma mudança de fase entre líquido e gás.

Em um ciclo perfeito de Carnot, todas as quatro etapas acontecem muito lentamente, para minimizar a entropia, ou irreversibilidade termodinâmica, criada pelo processo. Na realidade, as etapas progridem rapidamente e a entropia é gerada, o que significa que o ciclo não pode durar para sempre. As paredes do cilindro degradam, o calor do interior do motor se perde para o ambiente externo e assim por diante. O ciclo de Carnot pode ser executado ao contrário para criar uma geladeira.