4.4 Ciclo de Carnot
CICLO DE KARNOT
Expansión adiabática: (2 → 3) La expansión isoterma termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor. A partir de aquí el sistema se aísla térmicamente, con lo que no hay transferencia de calor con el exterior. Esta expansión adiabática hace que el gas se enfríe hasta alcanzar exactamente la temperatura T2 en el momento en que el gas alcanza su volumen máximo. Al enfriarse disminuye su energía interna, con lo que utilizando un razonamiento análogo al anterior proceso:
El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos
isotermos (a temperatura constante) y dos adiabáticos (aislados térmicamente). Las aplicaciones
del Primer principio de la termodinámica están escritos acorde con el Criterio de signos termodinámico.
Expansión isoterma: (proceso 1 → 2 en el diagrama) Se parte de una situación en
que el gas se encuentra al mínimo volumen del ciclo y a temperatura T1 de la fuente caliente. En este estado
se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T1,
haciendo que el gas se expanda. Al expandirse, el gas tiende a enfriarse, pero
absorbe calor de T1 y
mantiene su temperatura constante. Al tratarse de un gas ideal, al no cambiar la
temperatura tampoco lo hace su energía
interna,
y despreciando los cambios en la energía potencial y la cinética, a partir de la 1ª ley de la termodinámica vemos que todo el calor transferido es convertido en trabajo:
Desde el punto de vista de la entropía, ésta aumenta en este
proceso: por definición, una variación de entropía viene dada por el cociente
entre el calor transferido y la temperatura de la fuente en un proceso
reversible:
Como el proceso es efectivamente reversible, la
entropía aumentará
Expansión adiabática: (2 → 3) La expansión isoterma termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor. A partir de aquí el sistema se aísla térmicamente, con lo que no hay transferencia de calor con el exterior. Esta expansión adiabática hace que el gas se enfríe hasta alcanzar exactamente la temperatura T2 en el momento en que el gas alcanza su volumen máximo. Al enfriarse disminuye su energía interna, con lo que utilizando un razonamiento análogo al anterior proceso:
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