Seja uma máquina térmica primitiva e pouco prática conforme Figura 01: um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior.
Nessas condições, o gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro.
Supõe-se ainda que há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro:
• um disco fonte quente com temperatura TQ.
• um disco fonte fria com temperatura TF.
• um disco isolante térmico perfeito.
Inicialmente o gás tem um volume específico v1, como em (1) da Figura 01. Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente.
Ao atingir o volume específico v2 de (2) da figura, retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante.
Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v3, como em (3) da figura. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica.
Em (4) da figura o gás atinge o volume específico v4, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v1, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho.
Uma máquina que opera nessas condições usa ciclo de Carnot, que é considerado o ciclo básico da Termodinâmica por ser o mais eficiente. É também é perfeitamente reversível, isto é, se trabalho for fornecido, ele funciona como bomba de calor ou refrigerador. Mais detalhes são vistos nos próximos tópicos.
Notar, entretanto, que o ciclo de Carnot é uma operação ideal, não pode ser usado em máquinas práticas. Um processo real, para ser próximo do isotérmico, precisaria ser tão lento que o seu uso seria inviável.
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