Em que carnot relacionou o rendimento máximo de uma máquina térmica?
Qual a expressão que determina esse rendimento máximo?
Respostas
Resposta:
Diagrama PV de um ciclo de Carnot. Qa corresponde ao Qh, cedido à máquina, e Qb é Qc, o calor recusado pela máquina.
η carnot = 1 - Tc/Th
ou
R = 1 – T2 / T1
R = rendimento
T1 = a temperatura da fonte quente
T2 = a temperatura da fonte fria.
Explicação:
O Teorema de Carnot, enunciado em 1824 por Sadi Carnot em seu artigo Sur la puissance motrice do feu[1] (Sobre a potência motriz do fogo), é um teorema que impõe um limite à eficiência de uma máquina térmica ideal, na qual não existe o efeito de atrito entre peças constituintes nem emissão de energia na forma de som, entre outros. A prova do teorema leva às seguintes conclusões:
Não existe uma máquina térmica com rendimento superior ao de uma máquina de Carnot e esse rendimento máximo é dado por:
η carnot = 1 - Tc/Th
Qualquer máquina de Carnot operando entre um mesmo par de temperaturas Tc e Th possui a mesma eficiência, independentemente do gás ou material empregado na construção da máquina.
Rendimento máximo
Diagrama PV de um ciclo de Carnot. Qa corresponde ao Qh, cedido à máquina, e Qb é Qc, o calor recusado pela máquina.
A máquina térmica perfeita não existe como consequência do teorema: não pode haver uma eficiência superior à do ciclo de Carnot; a conversão integral de calor em trabalho é impossível.
O rendimento de uma máquina térmica qualquer é uma quantidade adimensional entre 0 e 1, que relaciona o trabalho realizado pela máquina ao calor que ela recebeu da fonte quente.
n = W/QH
O que é Ciclo de Carnot
Criado pelo engenheiro Sadi Carnot, o Ciclo de Carnot é uma máquina térmica-teórica que apresenta um ciclo de rendimento máximo para transformações termodinâmicas de um gás. Assim, ele ocorre por meio de duas reações isotérmicas associadas a duas transformações adiabáticas, isto é, sem troca de calor com o meio.
Etapas para que o Ciclo esteja completo e se torne funcional:
- há uma transformação isotérmica do gás, que se expande e retém a quantidade de calor da fonte presente no ambiente;
- em seguira, ele sofre uma reação adiabática e a sua temperatura cai;
- assim, ocorre a compressão isotérmica do gás para que ele libere calor à fonte fria presente no meio;
- por fim, ocorre a compressão adiabática e o gás retorna à condição inicial.
Resumo:
Uma máquina de Carnot realiza um ciclo de 4 etapas :
Uma expansão isotérmica sob a temperatura Th;
Uma expansão adiabática de Th a Tc;
Uma compressão isotérmica sob a temperatura Tc;
Uma compressão adiabática de Tc de volta a Th, fechando o ciclo.
Teorema de Carnot
Para que o Ciclo de Carnot tenha uma boa funcionalidade, é necessário existir um teorema que guie sua ação. Portanto, Sadi apresentou a hipótese de que não existe uma máquina térmica que desempenhe suas atividades entre duas fontes com temperaturas T1 e T2 que apresente um rendimento superior à máquina de Carnot, desde que essa opere entre as mesmas fontes de calor.
Ciclo de Carnot: fórmula
Ela é fundamental para calcular o rendimento da máquina por meio da temperatura.
R = 1 – T2 / T1
R = rendimento
T1 = a temperatura da fonte quente
T2 = a temperatura da fonte fria.