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O Ciclo de CarnotO Ciclo de CarnotO Ciclo de CarnotO Ciclo de CarnotO Ciclo de CarnotO Ciclo de CarnotO Ciclo de CarnotO Ciclo de Carnot
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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.