O Ciclo de Carnot
200 anos de história da Termodinâmica
Neste ano de 2024, especificamente em 12 de junho, comemoram-se 200 anos da famosa publicação Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo, de Sadi Carnot. A obra é considerada o marco inicial da termodinâmica, uma das áreas da física mais importantes da atualidade.
Sadi Carnot
Nicolas Léonard Sadi Carnot, ou simplesmente Sadi Carnot foi um físico e engenheiro militar francês que nasceu em Paris em 1796. Seu pai, Lazare Carnot, foi um importante matemático e político francês. Sadi Carnot estudou na École Polytechnique e na École d'application de l'artillerie et du génie.
Em 1824, com 28 anos de idade na época, Carnot publicou uma monografia com o título original francês: “Réflexions Sur la Puissance Motrice du Feu et sur les Machines Propes a Développer Cette Puissance”, em tradução direta, Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo.
Nesta publicação, ele propôs um modelo teórico para explicar o funcionamento das máquinas térmicas, como as máquinas a vapor.
A máquina de Carnot
O modelo de Carnot é baseado no conceito de calor latente, referindo-se à energia absorvida ou liberada por um material durante uma transição de fase. Além disso, Carnot também postulou que o calor é uma forma de energia que pode ser convertida em trabalho. O modelo ideal do ciclo consiste em duas curvas adiabáticas isotérmicas e duas reversíveis. O ciclo proporciona a máxima eficiência possível que pode ser obtida por qualquer ciclo termodinâmico. Ele é composto por quatro etapas:
Aquecimento isotérmico: o fluido de trabalho é aquecido a uma temperatura constante. Expansão adiabática: o fluido de trabalho se expande, realizando trabalho sem troca de calor com o meio ambiente. Resfriamento isobárico: o fluido de trabalho é resfriado a uma temperatura constante. Compressão adiabática: o fluido de trabalho é comprimido, recuperando a sua forma original.
O ciclo de Carnot é o ciclo mais eficiente possível para uma máquina térmica. A sua eficiência é dada pela seguinte fórmula:
Onde:
η é a eficiência da máquina térmica Tc é a temperatura da fonte fria Th é a temperatura da fonte quente
O ciclo de Carnot
Vamos considerar um protótipo de máquina térmica extremamente simples, que denominamos máquina ideal ou máquina de Carnot. Esta máquina é caracterizada por processos termodinâmicos reversíveis e transferências de energia realizadas sem perdas por atrito ou turbulência.
Essa abordagem permite analisar o caráter geral de uma máquina térmica, desconsiderando as complexidades inerentes às máquinas reais. Vale ressaltar que essa análise é puramente teórica.
