O Ciclo de Carnot

Fsico-Qumica

Sadi Carnot (1796 1832)

H uma relao entre e a eficincia de uma mquina

a vapor e as temperaturas envolvidas no processo.

Reservatrio a temperatura alta T1

Fornece calor , qentra > 0

Sistema

Mquina

Realiza trabalho,

w1

Ciclo de Carnot

Representa o mtodo mais eficiente de se obter trabalho a partir de calor, medida que a energia sai de um reservatrio de alta temperatura para um reservatrio de baixa temperatura.

Ciclo de Carnot

Expanso Isotrmica

Reversvel

O calor absorvido do

reservatrio de alta temperatura.

O calor definido por q1 e a

quantidade de trabalho realizado

pelo sistema como w1.

Ciclo de Carnot

Expanso Adiabtica

Reversvel

Nesta etapa, q = 0, mas como

uma expanso, a mquina

realiza trabalho. Este trabalho

definido como w2.

Ciclo de Carnot

Compresso Isotrmica

Reversvel

Para que esta etapa seja

isotrmica, o calor deve sair

do sistema, indo para o

reservatrio de baixa

temperatura.

O calor que sai ser chamado

de q3. A quantidade de

trabalho realizado sobre o

sistema chamado de w3.

Ciclo de Carnot

Compresso Adiabtica

Reversvel

O sistema volta as condies

originais . Nesta etapa, q

novamente 0, e o trabalho

feito sobre o sistema. Esta

quantidade de trabalho

chamada de w4.

Como o sistema voltou s condies originais, pela definio de funo de estado, U = 0 para todo o processo.

Ciclo de Carnot

U = q1 + w1 + w2+ q3 + w3 + w4

U = 0 = q1 + w1 + w2+ q3 + w3 + w4

wciclo = w1 + w2+ w3 + w4

qciclo = q1 + q3

Como Uciclo = 0

0 = wciclo + qciclo

qciclo= - wciclo

Eficincia uma medida de quanto calor absorvido pela mquina est sendo convertido em trabalho.

qciclo = q1 + q3

Lembrando que ......

q1 o calor entrando no sistema, ele positivo. q1 > 0

q3 o calor saindo do sistema, ele negativo. q3 < 0

O calor que sai do sistema nunca ser maior do que o calor que entra na mquina. (ENERGIA

NO PODE SER CRIADA!!!!!)

A eficincia de uma mquina estar sempre entre 0 e 1.

qciclo= - wciclo

=

q1

=

q1

=q1 + q3

q1 = 1 +

q3 q1

Exerccios 1 Determine a eficincia de uma mquina de Carnot que recebe 855 J de calor, realiza 225 J de trabalho e libera a energia restante como calor. Calcule o calor total da mquina

(qciclo) e o calor perdido pelo sistema.

2 Desenhe o diagrama para o sistema do exerccio 1, mostrando as quantidades exatas de calor indo e determine o tipo de processo que ocorre em cada etapa.

3 Considere as seguintes quantidades em um ciclo de quatro etapas: Etapa 1: q = +850 J; w = -334 J

Etapa 2: q = 0 ; w = -115 J

Etapa 3: q = - 623 J; w = + 72 J

Etapa 4: q = 0 ; w = + 150J

Calcule a eficincia do ciclo.

4 Considere as seguintes quantidades em um ciclo de quatro etapas: Etapa 1: q = +445 J; w = -220 J

Etapa 2: q = 0 ; w = -99 J

Etapa 3: q = - 660 J; w = + 75 J

Etapa 4: q = 0 ; w = + 109 J

Sob que condies adicionais para cada etapa este ser um ciclo do tipo Carnot?

Qual a eficincia do processo?

Eficincia e Termos de Reservatrios de alta e baixa temperatura

Para as etapas 1 e 3 , isotrmicas, U = 0 e q = - w. Assim , para um gs ideal:

=

V

Onde = Volume inicial V =Volume final

Etapa 1:

1 = 1 =

V

Etapa 3:

3 = 3 =

V

= 1 Tbaixa

alta

A eficincia de uma mquina est ligada relao entre os reservatrios de alta e baixa temperaturas.

Altas eficincias so favorecidas por calores de Taltas grandes e de Tbaixas pequenos.

Nenhuma mquina ou motor pode ser 100% eficiente.

Exerccios 5 A que temperatura deve estar a fonte fria em um processo que tem uma eficincia de 0,440 (44%) e uma fonte quente a 150 oC

6 Qual a eficincia de um motor cuja a Talta 100 oC e Tbaixa 0

oC.

7 Pesquise e descreva como funciona as seguintes mquinas trmicas:

- Motor de combusto

- Motor a vapor

- Geladeira

A pesquisa dever ser escrita individualmente e entregue no dia da 4 avaliao

(10/06/2015)

Valor : 2,0 pontos na nota da 4 Avaliao.