No século XVII, Thomas Savery criou a primeira máquina térmica com a utilidade de retirar água de minas. As máquinas térmicas dependem do calor para transformar energia térmica em energia mecânica. Em 1824, o francês Sadi Carnot desenvolveu uma teoria sobre um ciclo termodinâmico que explicaria a razão das máquinas térmicas não conseguirem um rendimento total. A teoria foi nomeada como ciclo de Carnot e já até virou questão de Enem. Confira!
Primeiramente, é necessário entender a teoria, que tinha como fio condutor a idealização de uma máquina ideal que usava calor para realizar trabalho. Esse objeto tinha um ciclo de rendimento máximo composto por 4 etapas, sendo dois processos isotérmicos e dois processos adiabáticos:
1- Expansão isotérmica reversível, onde o calor é transferido para um reservatório de alta temperatura (podendo também vir do reservatório);
2- Expansão adiabática reversível, onde não há troca de calor com as fontes térmicas, com isso a temperatura cai;
3- Compressão isotérmica reversível, onde o calor é transferido para um reservatório de baixa temperatura;
4- Compressão diabática reversível, onde a temperatura vai aumentando, da fonte fria até a etapa 1.
Com isso, para calcular o rendimento, existe uma fórmula, onde:
R = 1 – T1/T2, onde
R = é o rendimento
T1= Temperatura da fonte quente, em Kelvin
T2 = Temperatura da fonte fria, em Kelvin
Então, para que uma máquina tenha um rendimento total, ou seja, 100% , seria necessário que a divisão entre as temperaturas tivesse o valor de 0K, que também é conhecido como o zero absoluto. Portanto, Carnot provou ser impossível o rendimento total em uma máquina térmica. Ademais, é importante ressaltar que, no exemplo de Carnot, a variação da entropia é nula, pois como a máquina é ideal, ela não perde energia.
Por fim, na segunda aplicação do Enem de 2016, apareceu uma questão sobre Ciclo de Carnot (caderno rosa, questão 53), em que se pede a razão que explica a limitação das maquinas em obter o rendimento total. Uma máquina térmica nunca terá o rendimento ideal por conta da perda de energia, o que é uma razão do aumento da entropia na máquina térmica. Logo, a resposta fazia referência ao fato de produzirem aumento da entropia.
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