Ciclo de Carnot

Resumo

Fala aí, nós somos o Responde Aí, e nossa missão é ajudar você a mandar bem na sua prova. Quando estudamos Termodinâmica na Física não podemos esquecer do Ciclo de Carnot:

Ele consiste em uma sequência de transformações gasosas que teoricamente, conseguiria transformar toda a energia fornecida ao sistema em trabalho. Isso seria uma máquina ideal, sem perda de energia!

As transformações são:

  • L M Expansão Isotérmica Ganho de Calor através da fonte de aquecimento
  • M N Expansão Adiabática Não existe troca de calor, mas sim mudanças de Pressão e Volume do gás.
  • N O Compressão Isotérmica Perda de Calor para a fonte de resfriamento
  • O L Compressão Adiabática   Não existe troca de calor, mas sim mudanças de Pressão e Volume do gás.

É bom lembrar que quando trabalhamos com transformações gasosas utilizamos a Lei dos Gases Constantes, que informalmente chamamos de “PiViTi, PóVóTó”:

P i V i T i = P f V f T f

  • P i é a Pressão Inicial e P f é a Pressão Final, ambas medidos em Pascal ( P a )
  • V i é o Volume Inicial e V f é o Volume Final, ambos medidos em m 3
  • T i é a Temperatura Inicial e T f é a Temperatura Final, ambas medidas em Kelvin ( K )

Só que com essa Máquina teórica, Carnot provou que no mundo real nem tudo são flores! Pela fórmula do rendimento ele mostrou que é impossível de existir uma máquina ideal, com 100 % de rendimento, sempre vai existir algum tipo de perda de energia!

Para calcular o rendimento de uma máquina que opera dentro do ciclo de Carnot, utilizamos a fórmula:

η = 1 - T f T i

  • η é o rendimento, que sempre será um número entre 0 e 1 e que podemos passar para porcentagem
  • T f é a Temperatura Final medida em Kelvin
  • T i é a Temperatura Inicial do ciclo, medida em Kelvin

O ponto principal é que para o rendimento ser 100 % é necessário que T f seja 0 K, o conhecido Zero Absoluto. Até hoje nenhum laboratório foi capaz de alcançar essa temperatura em uma substância e por tanto podemos concluir que a máquina com 100 % de rendimento não pode existir! Bora fazer um exemplo:

Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina a vapor, cujo fluido entra a 833 K e abandona o ciclo a 473 K ?

η = 1 - T f T i

η = 1 - 473 833

η = 1 - 0,56 = 0,44

η = 44 %

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