Termodinâmica - Aula 10

Ciclo de Carnot Dize-se que um gás executa um ciclo termodinâmico quando ele é submetido a sucessões repetitivas de transformações termodinâmicas. Na prática, os ciclos termodinâmicos são usados para produzir trabalho (motores, turbinas), aquecimento ou refrigeração. Observar que não é necessário que a mesma massa de gás execute cada ciclo. A característica básica é a repetição dos estados termodinâmicos. Exemplo: num equipamento de refrigeração (circuito fechado), a mesma massa de gás retorna para o início de cada ciclo, mas em um motor de combustão interna ela é renovada a cada ciclo. Ciclo de Carnot - Analogia prática Seja uma máquina térmica primitiva e pouco prática: um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior. Nessas condições, o gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro. Supõe-se ainda que há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro: • um disco fonte quente com temperatura TQ. • um disco fonte fria com temperatura TF. • um disco isolante térmico perfeito. Inicialmente o gás tem um volume específico v1. Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente. Ao atingir o volume específico v2 de , retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante. Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v3. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica. O gás atinge o volume específico v4, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v1, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho. Uma máquina que opera nessas condições usa ciclo de Carnot, que é considerado o ciclo básico da Termodinâmica por ser o mais eficiente. É também é perfeitamente reversível, isto é, se trabalho for fornecido, ele funciona como bomba de calor ou refrigerador. Mais detalhes são vistos nos próximos tópicos. Notar, entretanto, que o ciclo de Carnot é uma operação ideal, não pode ser usado em máquinas práticas. Um processo real, para ser próximo do isotérmico, precisaria ser tão lento que o seu uso seria inviável.