
Mecanismos
Iframe 
O ciclo consiste em quatro processos reversíveis: dois isotérmicos (temperatura constante) e dois adiabáticos (sem troca de calor). Durante a expansão isotérmica, o sistema (geralmente um gás) absorve calor de um reservatório de alta temperatura, expandindo-se e realizando trabalho sobre o ambiente. Isso é seguido por uma expansão adiabática, onde o sistema continua a realizar trabalho, mas sem trocar calor, resultando em seu resfriamento. O gás então passa por uma compressão isotérmica, liberando calor para um reservatório mais frio enquanto trabalho é realizado no gás para comprimi-lo. O ciclo termina com uma compressão adiabática, que eleva ainda mais a temperatura do gás, retornando-o ao seu estado original.
A beleza do ciclo de Carnot reside na sua simplicidade e na visão que oferece sobre os limites de eficiência para todos os motores baseados em calor. A eficiência de um motor de Carnot depende apenas das temperaturas dos reservatórios quente e frio e é independente da substância de trabalho ou dos detalhes do processo em si. Essa eficiência é expressa como a relação entre a diferença de temperatura entre os reservatórios e a temperatura mais alta, mostrando que nenhum motor real operando entre dois reservatórios de calor pode ser mais eficiente que um motor de Carnot operando entre os mesmos reservatórios.
Mecanismos
ID:(15281, 0)

Ciclo de Carnot: esquema de uma máquina
Conceito 
Em uma máquina que utiliza o conceito de Carnot, ocorrem os seguintes processos:
• O reservatório com a temperatura mais alta é criado usando um forno.
• O reservatório com a temperatura mais baixa é criado usando um sistema de refrigeração.
• O vapor gerado a partir do reservatório se expande em forma de gás, deslocando o pistão e elevando a massa de compensação. Na primeira etapa isoterma, a primeira válvula está aberta enquanto a segunda está fechada. Na segunda etapa do processo, a primeira válvula é fechada e a expansão continua adiabaticamente.
• Na terceira etapa, a segunda válvula é aberta e, com a ajuda da massa de compensação, o pistão retorna e o gás é expelido de forma isoterma. Na quarta etapa, a válvula é fechada e o processo é concluído adiabaticamente.
ID:(11134, 0)

Ciclo de Carnot
Conceito 
Sadi Carnot introduziu [1] o conceito teórico do primeiro projeto de máquina capaz de gerar trabalho mecânico com base em um gradiente de temperatura. Isso é alcançado por meio de um processo no espaço pressão-volume, onde calor é adicionado e extraído, conforme ilustrado na imagem:
A área sob a curva o calor fornecido (Q_H), que se estende de 1 a 2, representa a energia necessária para transitar do estado (p_1, V_1) para o estado (p_2, V_2). Por outro lado, a área sob a curva o calor absorvido (Q_C), indo de 2 para 1, representa a extração de energia necessária para retornar do estado (p_2, V_2) ao estado (p_1, V_1). A diferença entre essas áreas corresponde à região delimitada por ambas as curvas e representa o trabalho eficaz (W) que o sistema pode realizar.
Carnot também demonstrou que, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor fornecido (Q_H) não pode ser igual a zero. Isso implica que não existem máquinas capazes de converter todo o calor em trabalho.
[1] "Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance" (Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo e sobre Máquinas Adequadas para Desenvolver Essa Potência), Sadi Carnot, Annales scientifiques de lÉ.N.S. 2e série, tome 1, p. 393-457 (1872)
ID:(11131, 0)

Aplicação em diagrama pressão-volume simples
Conceito 
O ciclo de Carnot é descrito de forma simples como um ciclo no qual o trabalho é realizado alternadamente de maneira isotérmica e adiabática. Em particular, são estudados os diagramas pressão-volume e temperatura-entropia. No primeiro caso, as quatro etapas que ocorrem podem ser identificadas da seguinte forma:
Etapa 1 para 2: Expansão isotérmica.
Etapa 2 para 3: Expansão adiabática.
Etapa 3 para 4: Compressão isotérmica.
Etapa 4 para 1: Compressão adiabática.
Essas etapas são representadas abaixo:
No diagrama anexado, é ilustrado o fluxo de energia, onde o calor fornecido (Q_H) (quente) sai do reservatório em la alta temperatura (T_H), entra no sistema, realiza trabalho W, enquanto o complemento calor absorvido (Q_C) (frio) é absorvido pelo reservatório em la temperatura baixa (T_C).
ID:(11132, 0)

Aplicação em diagrama simples de temperatura-entropia
Conceito 
O ciclo de Carnot é descrito de forma simples como um ciclo em que se trabalha alternadamente de forma isotérmica e adiabática. Em particular, são estudados os diagramas de pressão-volume e temperatura-entropia. No caso do diagrama temperatura-entropia, o diagrama é simplificado ao passar de estágios isotérmicos para estágios de entropia constante:
No diagrama temperatura-entropia, os estágios de entropia constante são representados da seguinte forma:
Nessas etapas, la entropia (S) permanece constante, o que implica que não há transferência de calor, enquanto la temperatura absoluta (T) pode variar. Isso simplifica a representação do ciclo e permite uma análise mais direta das propriedades termodinâmicas do sistema.
ID:(11133, 0)

Trabalho realizado
Conceito 
Uma vez que o diferencial de trabalho impreciso (\delta W) é definido em termos de la pressão (p) e la variação de volume (dV) da seguinte forma:
\delta W = p dV |
Podemos calcular o trabalho eficaz (W) integrando ao longo das curvas do diagrama do ciclo:
W = \displaystyle\oint pdV
Usando a primeira lei da termodinâmica com o diferencial de energia interna (dU) e o diferencial de calor impreciso (\delta Q):
dU = \delta Q - \delta W |
E considerando o percurso no diagrama de la temperatura absoluta (T) e la entropia (S), obtemos com la variação de entropia (dS):
W = \displaystyle\oint pdV =\displaystyle\oint (\delta Q - dU) = \displaystyle\oint (TdS - dU) = \displaystyle\oint TdS - \displaystyle\oint dU
Uma vez que a integral ao longo de um caminho fechado de um diferencial exato é igual a zero, temos:
W = \displaystyle\oint T dS |
ID:(10264, 0)

Desempenho em função do calor
Conceito 
Visto que la eficiência (\eta) com o trabalho eficaz (W) e o calor fornecido (Q_H) é
\eta \equiv \displaystyle\frac{ W }{ Q_H } |
ele pode ser substituído por o trabalho eficaz (W), o que, junto com o calor fornecido (Q_H) e o calor absorvido (Q_C), resulta em
W = Q_H - Q_C |
produzindo a seguinte relação:
\eta = 1-\displaystyle\frac{ Q_C }{ Q_H } |
ID:(10262, 0)

Desempenho dependendo das temperaturas
Conceito 
La eficiência (\eta) é uma função de o calor fornecido (Q_H) e o calor absorvido (Q_C), dada por:
\eta = 1-\displaystyle\frac{ Q_C }{ Q_H } |
Podemos expressar o calor fornecido (Q_H) em termos de la temperatura baixa (T_C), la baixa entropia (S_C) e la alta entropia (S_H) como:
Q_C = T_C ( S_H - S_C ) |
E usando la alta temperatura (T_H) como:
Q_H = T_H ( S_H - S_C ) |
Se substituirmos essas expressões, obtemos:
\eta = 1 - \displaystyle\frac{ T_C }{ T_H } |
ID:(10260, 0)

Modelo
Top 

Parâmetros

Variáveis

Cálculos




Cálculos
Cálculos







Equações
\eta = 1-\displaystyle\frac{ Q_C }{ Q_H }
eta = 1 - Q_C / Q_H
\eta \equiv \displaystyle\frac{ W }{ Q_H }
eta = W / Q_H
\eta = 1 - \displaystyle\frac{ T_C }{ T_H }
eta =1 - T_C / T_H
Q_C = T_C ( S_H - S_C )
Q_C = T_C *( S_H - S_C )
Q_H = T_H ( S_H - S_C )
Q_H = T_H *( S_H - S_C )
W = Q_H - Q_C
W = Q_H - Q_C
ID:(15340, 0)

Trabalho gerado
Equação 
Se, no ciclo de Carnot, o calor fornecido (Q_H) é retirado do reservatório de temperatura mais alta e o calor absorvido (Q_C) é entregue ao reservatório de temperatura mais baixa, é gerado um trabalho eficaz (W), que é igual a:
![]() |
ID:(11135, 0)

Calor absorvido
Equação 
O calor absorvido (Q_C) é igual a la temperatura baixa (T_C) devido à diferença na entropia, ou seja, la alta entropia (S_H) e la baixa entropia (S_C):
![]() |
Como o trabalho eficaz (W) é igual à integral ao longo de um caminho fechado no espaço la temperatura absoluta (T) e la entropia (S), temos:
W = \displaystyle\oint T dS |
Consultando o gráfico temperatura-entropia, podemos ver que o calor absorvido o calor absorvido (Q_C) é igual a la temperatura baixa (T_C) devido à diferença na entropia, ou seja, la alta entropia (S_H) e la baixa entropia (S_C):
Q_C = T_C ( S_H - S_C ) |
ID:(11138, 0)

Calor extraído
Equação 
O calor fornecido (Q_H) é igual a la alta temperatura (T_H) devido à diferença de entropia, ou seja, la alta entropia (S_H) e la baixa entropia (S_C):
![]() |
Uma vez que o trabalho eficaz (W) é igual à integral ao longo de um caminho fechado no espaço de la temperatura absoluta (T) e la entropia (S), temos:
W = \displaystyle\oint T dS |
Consultando o gráfico temperatura-entropia, podemos ver que o calor absorvido o calor fornecido (Q_H) é igual a la alta temperatura (T_H) devido à diferença de entropia, ou seja, la alta entropia (S_H) e la baixa entropia (S_C):
Q_H = T_H ( S_H - S_C ) |
ID:(11137, 0)

Desempenho
Equação 
La eficiência (\eta) pode ser definido como a porcentagem que o trabalho eficaz (W) representa em relação a o calor fornecido (Q_H):
![]() |
.
ID:(11154, 0)

Desempenho em função do calor
Equação 
La eficiência (\eta) pode ser calculado a partir de o calor fornecido (Q_H) e o calor absorvido (Q_C) como
![]() |
Visto que la eficiência (\eta) com o trabalho eficaz (W) e o calor fornecido (Q_H) é
\eta \equiv \displaystyle\frac{ W }{ Q_H } |
ele pode ser substituído por o trabalho eficaz (W), o que, junto com o calor fornecido (Q_H) e o calor absorvido (Q_C), resulta em
W = Q_H - Q_C |
produzindo a seguinte relação:
\eta = 1-\displaystyle\frac{ Q_C }{ Q_H } |
ID:(11155, 0)

Desempenho dependendo das temperaturas
Equação 
La eficiência (\eta) pode ser calculado com base em la alta temperatura (T_H) e la temperatura baixa (T_C) com:
![]() |
La eficiência (\eta) é uma função de o calor fornecido (Q_H) e o calor absorvido (Q_C), dada por:
\eta = 1-\displaystyle\frac{ Q_C }{ Q_H } |
Podemos expressar o calor fornecido (Q_H) em termos de la temperatura baixa (T_C), la baixa entropia (S_C) e la alta entropia (S_H) como:
Q_C = T_C ( S_H - S_C ) |
E usando la alta temperatura (T_H) como:
Q_H = T_H ( S_H - S_C ) |
Se substituirmos essas expressões, obtemos:
\eta = 1 - \displaystyle\frac{ T_C }{ T_H } |
ID:(11136, 0)