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Reflexão geral sobre o Ciclo de Carnot

Em Física definimos uma máquina térmica como sendo um dispositivo que, trabalhando com duas fontes térmicas, consegue fazer a conversão de calor em energia mecânica, ou seja, consegue converter calor em trabalho.

Após a construção das máquinas térmicas, pensava-se que tais máquinas funcionavam perfeitamente, ou seja, acreditava-se que as máquinas térmicas transformavam toda energia térmica em trabalho. Em outras palavras, acreditava-se que as máquinas térmicas tinham um rendimento de 100 %.

O engenheiro Sadi Carnot foi quem na época conseguiu provar, mediante várias demonstrações experimentais, que era impossível obter um rendimento de 100 %. Carnot propôs uma máquina térmica ideal, que funcionava percorrendo um ciclo particular, conhecido hoje como Ciclo de Carnot.

Sadi Carnot dizia que o rendimento de uma máquina térmica era função exclusiva das temperaturas dos corpos que formavam a fonte fria e a fonte quente. Sendo assim, Sadi Carnot apresentou um ciclo de rendimento máximo. O ciclo de Carnot, independentemente da substância que o compõe, é instituído de quatro fases:

- Uma expansão isotérmica reversível
- Uma expansão adiabática reversível
- Uma compressão isotérmica reversível
- Uma compressão adiabática reversível

A figura abaixo representa os quatro ciclos de Carnot:

Gráfico representando o Ciclo de Carnot

No primeiro ciclo temos uma expansão isotérmica reversível, na qual o sistema recebe certa quantidade de calor (Q1) da fonte quente (processo de A para B). No segundo ciclo temos uma expansão adiabática reversível na qual não acontece troca de calor entre a fonte quente e a fonte fria (processo de B para C). No processo de C para D temos uma compressão isotérmica reversível. Nesse processo, o sistema cede uma quantidade de calor (Q2) para a fonte fria e por fim temos o processo de D para A, que consiste em uma compressão adiabática reversível, ou seja, nesse caso não ocorre troca de calor entre as fontes térmicas (fonte quente e fonte fria).

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Portanto, podemos concluir que, na máquina de Carnot, a quantidade de calor que é retirada da fonte quente e a quantidade de calor que é cedida à fonte fria são proporcionais às temperaturas.

Dessa forma, podemos dizer que o rendimento da máquina de Carnot é:

Onde: T2 é a temperatura da fonte fria e T1 é a temperatura da fonte quente.

Com isso, podemos ver que mesmo em uma máquina térmica de Carnot é impossível obter um rendimento de 100 %.

Nicolas Léonard Sadi Carnot

Nicolas Léonard Sadi Carnot

Por: Domiciano Correa Marques da Silva