A termodinâmica é uma área muito importante para o trabalho com motores e em várias partes da engenharia. Mesmo que a eletricidade seja a fonte de energia mais comum, a combustão, a pressão de gases e a troca de calor ainda são muito usadas em vários processos. E um bom exemplo disso é o Ciclo de Carnot.
Você provavelmente já viu esse tema em seus estudos. E não é sem motivo, pois ele é um dos princípios mais usados no estudo da termodinâmica. Sendo assim, é muito importante entender esse conceito para o vestibular. Acompanhe o resumo e veja como se preparar para sua prova de física!
O que é o Ciclo de Carnot?
Ciclo de Carnot é um processo termodinâmico no qual ocorrem trocas de calor e mudanças de pressão sobre um gás ideal, com o intuito de realizar trabalho sem perda de energia.
Esse processo foi descrito pelo engenheiro Sadi Carnot. Ele projetou uma máquina imaginária que teria 100% de eficiência, ou seja, realiza a troca de calor entre uma fonte quente e uma fria sem desperdício. Ele é descrito da seguinte forma:
- o gás ideal se expande e absorve calor da fonte quente, mas sem mudança de temperatura (processo isotérmico);
- após absorver calor, o gás se expande e reduz a temperatura, mas sem perda de calor (transformação adiabática);
- é feita a compressão do gás, levando-o a transferir calor para a fonte fria sem mudar sua temperatura (processo isotérmico);
- o gás retorna ao seu estado normal e o Ciclo de Carnot se repete.
Esse ciclo todo pode ser calculado com a seguinte fórmula:
Onde R é o rendimento ideal, T1 é a temperatura da fonte quente e T2 é a temperatura da fonte fria, em Kelvin. Se você multiplicar o resultado da equação por 100, terá o valor percentual de rendimento da máquina.
Como esse tema cai no vestibular e no Enem?
Esse é um conceito bem importante, que já vem apoiado em vários outros tópicos da termodinâmica. É bem provável que você encontre algumas questões a respeito no Enem 2022, pelo menos em conceito.
Confira aqui uma questão para fixar essa definição.
(ENEM – 2016)
Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão, poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento.
Tal limitação ocorre porque essas máquinas.
A – realizam trabalho mecânico.
B – produzem aumento da entropia.
C – utilizam transformações adiabáticas
D – contrariam a lei da conservação de energia.
E – funcionam com temperatura igual à da fonte quente.
A resposta correta é a letra B. Pode não ficar aparente à primeira vista, mas a máquina de Carnot não seria possível. O motivo é que, independentemente do quão bem construído um sistema seja, ele sempre gera ruído. Parte da pressão e do calor podem se perder para o ar, na forma de vibração entre as peças ou por outra razão. Esse processo de perda e estagnação de energia é chamado de entropia.
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Entender fórmulas é só metade do trabalho na hora de estudar para o vestibular e Exame Nacional do Ensino Médio. Compreender bem o conceito de Ciclo de Carnot, assim como outros significados da física e termodinâmica, é o que mais faz diferença em sua prova.
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