Física

O que é o Ciclo de Carnot? Entenda o que faz tudo funcionar na sua casa

O que é Ciclo de Carnot?O que é Ciclo de Carnot?
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Quem já teve que pagar uma conta de luz sabe o quanto é importante economizar energia, mas houve uma época que era muito pior. 

As máquinas antigas gastavam enormes fontes de combustível e esforço para render energia insuficiente, mas isso mudou quando o cientista Nicolas Carnot criou o Ciclo termodinâmico. 

O Ciclo de Carnot, como ficou conhecido, se tornou uma revolução no mundo da física e da tecnologia. Hoje, praticamente tudo que é aparelho depende da invenção do cientista. Nesse artigo, você vai aprender o que é o ciclo de carnot e porque, sem ele, praticamente nada na sua casa funcionaria. 

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O são máquinas térmicas?

Antes de responder o que é Ciclo de Carnot precisamos entender o que são as máquinas térmicas e como elas funcionam.

As máquinas térmicas são dispositivos que têm como finalidade a troca de energia na forma de calor. Além disso, elas também podem trocar energia com o meio externo, na forma de trabalho mecânico, em um processo cíclico. 

Podemos citar como exemplos de máquinas térmicas em nosso dia a dia os motores dos automóveis, as geladeiras e os aparelhos de ar-condicionado. 

As máquinas a vapor são consideradas as primeiras máquinas térmicas. Um exemplo de máquina a vapor são as locomotivas.

A queima de carvão era a fonte de energia desses motores. Porém, seu rendimento era extremamente baixo (menos de 5%). 

O rendimento de uma máquina térmica, nada mais é do que o aproveitamento obtido a partir da relação da quantidade de trabalho mecânico e a quantidade de energia térmica fornecida.

Para entender melhor sobre o assunto, leia nosso resumo sobre Calorimetria!

O que é Ciclo de Carnot?

Com a necessidade de melhorar o rendimento das máquinas térmicas, o físico e engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot (1796-1832) propôs o ciclo termodinâmico, também conhecido como ciclo de Carnot. 

Nesse ciclo, as dificuldades técnicas de um ciclo operado por uma máquina térmica real não seriam consideradas.

Desse modo, uma máquina térmica que funcionasse nos moldes do ciclo de Carnot funcionaria com rendimento máximo. 

Cada ciclo se completaria sem nenhuma perda de calor, e em função disso o calor poderia ser inteiramente reaproveitado para o funcionamento de um novo ciclo. 

Além disso, baseado nessas ideias, a máquina também poderia inverter inteiramente o seu processo durante todo o ciclo. Isso quer dizer que ela poderia transferir calor da parte mais fria para a parte mais quente. 

Apesar de ser somente uma idealização, o rendimento da máquina de Carnot serviu como referência para o estudo termodinâmico e também é utilizado para medir a eficiência de máquinas térmicas. 

Quais são as características da máquina do Ciclo de Carnot?

Depois de compreender o que é ciclo de Carnot, veja as propriedades que uma máquina térmica que operasse segundo suas condições apresentaria:

  • Sua substância de operação seria um gás ideal, e não vapor de água (como na maioria das máquinas térmicas).
  • As transferências de calor deveriam se limitar aos momentos de contato com a fonte quente e com a fonte fria. E isso implicaria em conseguir controlar todas as etapas do ciclo para que não houvesse nenhuma mudança repentina. 
  • Durante as trocas de calor não deveria haver qualquer variação na temperatura do gás.

Quando estudamos o que é ciclo de Carnot, aprender como calcular o rendimento máximo de uma máquina térmica é fundamental. 

Para isso, deve-se empregar a seguinte fórmula

Nmáx = T1 – T2 / T1

Em que o rendimento máximo (Nmáx) é o quociente da diferença de temperatura entre a parte mais quente (T1) e a parte mais fria (T2) dividido pela temperatura da parte mais quente, sendo todas as medidas expressas em kelvin. 

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Quais são as etapas do Ciclo de Carnot?

Em geral, o ciclo de Carnot de uma máquina térmica pode ser descrito através das seguintes etapas, acompanhe:

  1. O gás se expande isotermicamente ao receber calor da fonte externa.
  1. O gás se expande adiabaticamente, diminuindo a temperatura até T2. 
  1. O gás sofre uma compressão isotérmica do meio exterior, continuando com uma temperatura igual a T2. 
  1. O gás sofre uma compressão adiabática, que aumenta a temperatura até a temperatura inicial.

Esperamos ter contribuído com seus estudos com este resumo sobre o que é ciclo de carnot. 

Teste o que aprendeu com nossa lista de exercícios sobre Termodinâmica!

O Ciclo de Carnot pode cair no Enem?

Agora que você já sabe o que é ciclo de Carnot, suas características e etapas, deve estar se perguntando, como esse tema é cobrado na prova de Ciências da Natureza do Enem?

Durante todas as edições do Enem, Carnot foi cobrado poucas vezes, mais especificamente, quatro vezes, entre os anos de 2009 e 2017.

Em geral, as questões abordaram a temática de maneira mais teórica, trazendo análise do gráfico com as etapas do ciclo ou aplicações no cotidiano, como o funcionamento da geladeira. 

Apesar desse assunto específico não cair muito na prova, a termologia ainda é um dos assuntos mais cobrados no Enem. Por isso, a melhor maneira de garantir um bom resultado é treinar com as provas de edições anteriores. 

Então pega essa dica: pratique com o Simulado Enem do Beduka! 

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Obrigada por ler nosso texto até o final!

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