Sadi Carnot
(1796-1832)
Sadi Carnot foi um engenheiro e físico que queria entender a eficiência das máquinas a vapor na produção de trabalho útil.
Como cadete no exército revolucionário francês, estudou na École Polytechnique com grandes professores, incluindo André-Marie Ampère, Joseph Louis Gay-Lussac e Siméon Denis Poisson. Após a derrota de Napoleão, afastou-se da vida militar e começou a trabalhar em seu livro Reflexões sobre a Força Motriz do Fogo .
Carnot imaginou uma máquina térmica idealizada, sem nenhuma das imperfeições das máquinas reais – sem perdas de calor por atrito e com paredes perfeitamente isolantes, de modo que não houvesse perdas de calor através delas. Em tal "máquina perfeita", a conversão de calor em trabalho dependeria apenas da diferença de temperatura entre a fonte de calor quente e o dissipador de calor frio.
Seu motor seria perfeitamente reversível . Ele passaria por quatro estágios que retornariam exatamente ao estado original, sendo a única mudança a transferência de calor Q da fonte à temperatura T H para o dissipador T C .
Durante o primeiro estágio isotérmico , o calor da fonte de alta temperatura entra em um cilindro e move um pistão sem atrito. O segundo estágio é chamado de adiabático , o que significa que nenhum calor escapa enquanto o pistão retorna. Hoje em dia, é chamado de isoentrópico , porque não há variação na entropia .
A terceira etapa também é isotérmica , à temperatura T C. Em seguida, a quarta etapa ( isoentrópica ) retorna ao estado original.
A área dentro do Ciclo de Carnot representa a quantidade máxima de calor que pode ser convertida em trabalho. A eficiência de uma máquina térmica real pode ser medida com indicadores de pressão e volume acoplados à máquina, que traçam a curva. James Watt acoplou um lápis aos seus "indicadores" móveis, que podiam traçar curvas, como um registrador gráfico moderno. Mas nem Watt nem Carnot conseguiam calcular a eficiência.
Na década de 1850, Rudolf Clausius definiu uma nova propriedade abrangente da termodinâmica que chamou de "entropia". Ele definiu a entropia ( S) como a quantidade de calor (Q) dividida pela temperatura.
ΔS = ΔQ/T
Clausius descobriu a equação para o calor máximo ΔQ que pode ser convertido em trabalho ΔW ao transferir ΔQ da fonte de alta temperatura para o dissipador de baixa temperatura.
ΔW = ΔQ/T C - ΔQ/T C
Clausius provou que Carnot estava correto ao afirmar que o máximo depende apenas da diferença de temperatura. Em termos de entropia de Clausius, uma quantidade de energia T<sub> H </sub>ΔS é extraída do reservatório quente e uma quantidade menor de energia T<sub> C</sub> ΔS é depositada no reservatório frio. A diferença entre as duas energias (T<sub> H </sub> - T<sub> C </sub>)ΔS é igual ao trabalho ΔW realizado pela máquina térmica.
Referências
O Ciclo de Carnot
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