Química Física

Sadi Carnot (1796-1832) ao estudar as máquinas térmicas verificou que, durante o funcionamento destas, havia degradação de energia dissipada sob forma de calor. Depois de realizar uma análise cuidadosa do funcionamento do motor térmico, construiu uma máquina que, trabalhando com gás aquecido ou resfriado, servia para medir a quantidade de energia mecânica produzida; permitia também calcular a percentagem de energia térmica transformada em mecânica.

O funcionamento dessa máquina englobava quatro fases, o

que hoje é chamado de ciclo de Carnot: a partir de um estado inicial, o sistema expande-se isotermicamente (absorvendo calor do ambiente) até atingir um segundo estado; a partir deste, a expansão é adiabática, e consequentemente a temperatura diminui; daí em diante, o volume do sistema começa a reduzir-se isotermicamente, até alcançar o estado final; uma compressão adiabática conduz o sistema ao ponto de partida, fechando assim o ciclo. Uma das características do ciclo de Carnot é o fato de que as transformações que o compõem são totalmente reversíveis, isto é, podem ser realizadas em sentido inverso, percorrendo as mesmas etapas intermediárias.

Estudando as máquinas térmicas, ele descobriu um

ciclo de quatro transformações reversíveis : duas adiabáticas e

duas isotérmicas que proporcionam o máximo rendimento

térmico para uma máquina, as transformações isotérmicas

alternam com as transformações adiabáticas.

Uma transformação isotérmica é uma transformação termodinâmica que ocorre a temperatura constante em um sistema fechado sistema este que permite trocas de energia, mas não de matéria, entre o sistema e sua vizinhança. Isto tipicamente ocorre quando o sistema está em contacto com um reservatório térmico exterior (banho térmico), e a mudança ocorre lentamente o suficiente para permitir que o sistema se ajuste continuamente a temperatura do reservatório pelo meio de troca de calor.

Ao contrário, uma transformação adiabática um sistema onde não há troca de calor com o meio externo. Esse sistema é considerado, sistema isolado.

Processo AB: Expansão isotérmica,

expande- se a temperatura constante T2. O

sistema recebe a quantidade de energia como

calor Q2, da fonte quente e realiza trabalho

sobre a vizinhança.

Processo BC: Expansão adiabática, temperatura cai

de T2 para T1. O sistema não troca energia por calor,

mas entrega a quantidade de energia por trabalho

Sobre a vizinhança, isto é, de B á C, expande- se

adiabaticamente e a temperatura diminuem.

Processo CD: Compressão isotérmica, é comprimido a

temperatura constante, T1. O sistema entrega a quantidade de

energia Q1 por calor e recebe a quantidade de energia por

trabalho sobre a vizinhança ou seja a vizinhança realiza trabalho

sobre o sistema e sete transfere para o exterior energia, como calor, Q sobre o sistema e este transfere para a exterior energia, como calor Q.

Processo DA: Compressão adiabática,

temperatura aumenta de T1 para T2. O

sistema não troca energia por calor, mas

recebe a quantidade de energia por

Trabalho sobre a vizinhança, isto é, sofre uma compressão adiabática, completando o

ciclo.

Com relação ao ciclo de Carnot, é importante saber o seguinte:

Uma máquina que opera dentro de um ciclo de Carnot tem o máximo rendimento. Ou

seja nenhuma máquina térmica operando em ciclos de pode ter rendimento superior

ao de uma máquina de Carnot

O rendimento de uma máquina depende das temperaturas quente e fria. Ele

demostrou que a quantidade de calor que é retirada da fonte quente (Q1) e aqueceu é

rejeitada para fonte fria (Q2) são proporcionais as temperaturas absolutas da fonte

quente. Ou seja : Q1/T1=Q2/T2 como η=1- Q2/Q1, ou η=1- T2/T1

A expressão η=1- T2/T1,quanto menor for a temperatura T2 (fonte fria ), maior será o

rendimento pois menor se torna razão T2/T1. Assim, quando a temperatura T2 atinge o

zero absoluto teríamos um rendimento a 100%. No entanto, isso é possível, pois

contraria a segunda da Termodinâmica

Fica evidente que Carnot conhecia as bases físicas da conservação da energia. Uma das características do ciclo de Carnot é o fato de que as transformações (duas adiabáticas e duas isotérmicas) que o compõem são totalmente reversíveis, isto é, podem ser realizadas em sentido inverso, percorrendo as mesmas etapas intermediárias.

Física-10º Ano. Autor: Maria Teresa Freire Marques De Sá.

www.saladefisica.cjb.net.

Pt.wikipedia.org/wiki/Transformação_isotérmica

Imagens de ciclo de Carnot. Bing.com/images

Titulo: livro de Física Para todos os cursos de formação media técnica

10ª e 11ª classe. Autores: Benjamim Mulasa Paca, Diasala Jacinto André …