Ciclo de Carnot

Fala pessoal, tudo bem? Espero que sim!!

Hoje falaremos um pouco sobre o Ciclo de Carnot.

o ciclo de Carnot é uma série de processos termodinâmicos reversíveis que é usada como uma base para comparações teóricas com outros ciclos de processos. Ele é formado por quatro processos:

Expansão isoterma: O gás é colocado em contato com uma fonte quente e se expande lentamente para aumentar o seu volume enquanto sua temperatura permanece constante.
Expansão adiabática: O gás é isolado termicamente do ambiente externo e continua a se expandir, diminuindo sua temperatura e aumentando seu volume.
Compressão isoterma: O gás é colocado em contato com uma fonte fria e é comprimido lentamente, mantendo sua temperatura constante.
Compressão adiabática: O gás é isolado termicamente do ambiente externo e é comprimido, aumentando sua temperatura e diminuindo seu volume.

Esses processos formam um ciclo completo que pode ser repetido continuamente. O ciclo de Carnot é importante porque é o “ciclo ideal” (ou seja, o mais eficiente possível) para qualquer máquina térmica operando entre duas temperaturas. Ele é usado como um padrão para comparar a eficiência real das máquinas térmicas.

Figura 1. Esquema do Ciclo de Carnot. Fonte: BYJU’S

A figura acima pode ser explicada da seguinte forma:

Em (a), o processo é a expansão isotérmica reversível do gás. Neste processo, a quantidade de calor absorvida pelo gás ideal é $q_{in}$ da fonte de calor a uma temperatura de $T_{h}$ . O gás expande e realiza trabalho sobre os arredores.
Em (b), o processo é a expansão adiabática reversível do gás. Aqui, o sistema é isolado termicamente, e o gás continua a expandir e trabalho é realizado sobre os arredores. Agora, a temperatura é mais baixa, $T_{l}$ .
Em (c), o processo é um processo de compressão isotérmica reversível do gás. Aqui, a perda de calor $q_{out}$ ocorre quando os arredores realizam o trabalho a uma temperatura $T_{l}$ .
Em (d), o processo é a compressão adiabática reversível do gás. Novamente, o sistema é isolado termicamente. A temperatura sobe novamente para $T_{h}$ à medida que os arredores continuam a realizar seu trabalho sobre o gás.

O ciclo de Carnot é representado graficamente em um diagrama PV (pressão-volume) ou em um diagrama TS (temperatura-entropia). O trabalho realizado pelo gás em cada processo é dado pela área dentro do gráfico do processo no diagrama PV.

Figura 2. Representação gráfica do Ciclo de Carnot. Fonte: BYJU’S.

Um exemplo de aplicação do ciclo de Carnot é na produção de energia elétrica em usinas termelétricas. Nesse caso, a energia térmica é convertida em energia mecânica e, posteriormente, em energia elétrica. O ciclo de Carnot pode ser usado para avaliar a eficiência da usina e encontrar maneiras de melhorá-la.

Podemos então dizer que o ciclo de Carnot é um modelo teórico importante que é usado para comparações com outros ciclos de processos. Ele é representado graficamente em um diagrama PV e é usado para avaliar a eficiência de máquinas térmicas.

Espero que tenham gostado,

Forte abraço,

Marcos Souza