Se Define Ciclo de Carnot Como Un Proceso Cíclico Reversible Que Utiliza Un Gas Perfecto
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Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura.
La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p-V es el siguiente
Tramo A-B isoterma a la temperatura T1
Tramo B-C adiabática
Tramo C-D isoterma a la temperatura T2
Tramo D-A adiabática
En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales:
La presión, volumen de cada uno de los vértices.
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El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de los procesos.
El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.
Los datos iniciales son los que figuran en la tabla adjunta. A partir de estos datos, hemos de rellenar los huecos de la tabla.
Variables A B C D
Presión p (atm) pA
Volumen v (litros) vA vB
Temperatura T (K) T1 T1 T2 T2
Las etapas del ciclo
Para obtener las variables y magnitudes desconocidas emplearemos las fórmulas que figuran en el cuadro-resumen de las transformaciones termodinámicas.
1. Transformación A->B (isoterma)
La presión pB se calcula a partir de la ecuación del gas ideal
Variación de energía interna
Trabajo
Calor
2. Transformación B->C (adiabática)
La ecuación de estado adiabática es o bien, . Se
despeja vc de la ecuación de la adiabática . Conocido vc y T2 se obtiene pc, a partir de la ecuación del gas ideal. .
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Calor
Variación de energía interna
Trabajo
3. Transformación C->D (isoterma)
Variación de energía interna
Trabajo
Calor
4. Transformación D-> A (adiabática)
Se despeja vD de la ecuación de la adiabática . Conocido vD y T2 se obtiene pD, a partir de la ecuación del gas ideal. .
Calor
Variación de energía interna
Trabajo
El ciclo completo
Variación de energía interna
En un proceso cíclico reversible la variación de energía interna es cero
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Trabajo
Los trabajos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos. A partir de las ecuaciones de las dos adiabáticas, la relación entre los volúmenes de los
vértices es , lo que nos conduce a la expresión final para el trabajo.
Calor
En la isoterma T1 se absorbe calor Q>0 ya que vB>vA de modo que
En la isoterma T2 se cede calor Q<0 ya que vD<vC
Rendimiento del ciclo
Se define rendimiento como el cociente entre el trabajo realizado y el calor absorbido