O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico francês Nicolas L. S. Carnot. O ciclo consiste numa seqüência de transformações, mais precisamente de duas transformações isotérmicas (THpara a fonte quente e TCpara a fonte fria), intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando, assim, o ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior quanto maior fosse a temperatura da fonte quente. No diagrama a seguir, temos um ciclo de Carnot operando sobre fontes térmicas de TH= 800 K e TC= 400 K. Admitindo-se que o ciclo opera com fonte quente, recebendo 1000 J de calor, responda: a) Em que consistem os termos transformações isotérmicas e adiabáticas? b) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot. c) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor?
Soluções para a tarefa
Transformação isotérmica consiste em uma mudanças de propriedades do estado 1 para o estado 2 sem que haja variação na temperatura, tendo isto em vista, e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica Q-W = ∆U, e ∆U sendo = n*CV*∆T, deduz-se que a variação de energia interna é nula, sendo então Q = W.
A transformação adiabática é quando não há troca de calor, ou seja, Q=0.
Rendimento: n = 1- Tl/Tu
N = 1 - 400/800
N = 50%
Trabalho realizado:
N = W/QH
W = n * qh
W = 0,5 * 1000
W = 500 J
A) transformações isotérmicas são aquelas com temperatura constante e adiabáticas são aquelas em que não há troca de calor com o meio externo.
b) O rendimento dessa máquina de Carnot é de 50% .
c) O trabalho realizado pela máquina é de 500 Joules.
Máquina de Carnot
A máquina térmica de Carnot constitui-se em uma máquina teórica com um funcionamento ideal cujo funcionamento teria por base o Ciclo de Carnot.
Os dois postulados de Carnot que permeiam o Ciclo de Carnot determinam que o rendimento de uma máquina térmica está relacionado à temperatura na fonte quente e na fonte fria.
n = 1 - T₂/T₁
Onde,
- T₂ = temperatura absoluta da fonte fria
- T₁ = temperatura absoluta da fonte quente
Transformação Isotérmica é uma transformação gasosa com as seguintes características-
- Temperatura é mantida constante
- Volume e a pressão variam em uma proporção inversa.
- Variação da energia interna do gás equivale à zero
Transformação adiabática é uma transformação gasosa na qual consideramos que não há troca de calor com o meio externo.
ΔU = - T
Calculando o rendimento -
n = 1 - T₂/T₁
n = 1 - 400/800
n = 0,5 = 50%
Calculando o trabalho -
n = T/Q
0,5 = T/1000
T = 500 J
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