Usuário(a):Rpez/Ciclo termodinâmico

O círculo da imagem representa um sistema que evolui através de ciclos termodinâmicos.

Um ciclo termodinâmico se constitui de qualquer série de processos termodinâmicos tais que, ao transcurso de todos eles, o sistema regresse a seu estado inicial é um ciclo termodinâmico; ou seja, que a variação das grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula.

Não obstante, a variáveis como o calor ou o trabalho não é aplicável a anteriormente dito já que estas não são funções de estado do sistema, senão transferências de energia entre este e seu entorno. Um fato característico dos ciclos termodinâmicos é que a lei da conservação de energia dita que: a soma de calor e trabalho recebidos pelo sistema deve ser igual à soma de calor e trabalho realizados pelo sistema.

Trabalho

Diagrama pressão x volume de um ciclo termodinâmico.

Num ciclo termodinâmico, o trabalho (W) realizado é por definição equivalente à área interna ao ciclo num diagrama pressão x volume:

${\text{(1)}}\qquad W=\oint P\ dV$

O trabalho equivale à diferença entre o calor absorvido e o calor rejeitado no ciclo:

${\text{(2)}}\qquad W=Q=Q_{a}-Q_{r}$

É pertinente notar que o sentido em ocorrem os processos, ou seja as direções das setas no diagrama pressão x volume, determinam se o trabalho é positivo ou negativo. Estas duas possibilidades discriminam os ciclos em duas classes principais: os ciclos motores que transformam calor em trabalho positivo e as bombas de calor que consomem trabalho permitindo absorver calor de fonte fria.

Ciclos ideais

Carnot

O ciclo motor mais elementar foi idealizado por Sadi Carnot, representando o máximo rendimento teórico possível a uma máquina térmica. O ciclo de Carnot é constituído de 2 transformações isotérmicas e 2 transformação adiabáticas. Ver máquina de Carnot.

Usos práticos dos sistemas termodinâmicos

Obtenção de trabalho

Ver artigo principal: Máquina térmica

A obtenção de trabalho a partir de duas fontes térmicas em diferença de temperatura é empregada para produzir movimento, por exemplo nos motores ou nos alternadores empregados na generação de energia elétrica. O rendimento é o principal parâmetro que caracteriza a um ciclo termodinâmico, e é definido como o trabalho obtido dividido pelo calor gasto no processo, em um mesmo tempo de ciclo completo se o processo é contínuo.

Este parâmetro é diferente segundo os múltiplos tipos de ciclos termodinâmicos que existem, mas é limitado pelo fator ou rendimento (eficiência) do Ciclo de Carnot.

Aporte de trabalho

Ciclo de Carnot geral em função da temperatura e a entropia.

Ver artigo principal: Bomba de calor

Um ciclo termodinâmico inverso busca o contrário ao ciclo termodinâmico de obtenção de trabalho. Se aporta trabalho externo ao ciclo para conseguir que a transferência de calor se produza da fonte mais fria à mais quente, ai invés de como sucederia naturalmente. Esta disposição se emprega nas máquinas de ar condicionado e em refrigeração.

Referências

• Halliday,D., Resnick,R.,Walker,J.; Física, Vol. 2, Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1996
• Tripler, P.A.; Física (Para Cientistas e Engenheiros), Vol.2 , Gravitação Ondas e Termodinâmica, 3a Ed., Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1995.