Carnot

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 adiabáticaTramo 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.
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 derellenar 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.
Transformación A->B (isoterma)
Lapresión pB se calcula a partir de la ecuación del gas ideal
Variación de energía interna
Trabajo
Calor
 
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. .
Calor
Variación de energía interna
Trabajo
 
Transformación C->D(isoterma)
Variación de energía interna
Trabajo
Calor
 
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 ceroTrabajo

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 delciclo
Se define rendimiento como el cociente entre el trabajo realizado y el calor absorbido

 
Motor y frigorífico
| Un motor de Carnot es un dispositivo ideal que describe un ciclo de Carnot. Trabaja entre dos focos, tomando calor Q1 del foco caliente a la temperatura T1, produciendo un trabajo W, y cediendo un calor Q2 al foco frío a la temperatura T2. En un motor real, el foco calienteestá representado por la caldera de vapor que suministra el calor, el sistema cilindro-émbolo produce el trabajo  y se cede calor al foco frío que es la atmósfera. |

| La máquina de Carnot también puede funcionar en sentido inverso, denominándose entonces frigorífico. Se extraería calor Q2 del foco frío aplicando un trabajo W, y cedería Q1 al foco caliente. En un frigorífico real, el motorconectado a la red eléctrica produce un trabajo que se emplea en extraer un calor del foco frío (la cavidad del frigorífico) y se cede calor al foco caliente, que es la atmósfera. |
 
Actividades
Introducir los valores de las siguientes variables
Temperatura del foco caliente T1
Temperatura del foco frío T2
Se tiene que cumplir que T1> T2
El volumen de A, vA,
El volumen de B, vB.
Setiene que cumplir que vA< vB
La presión de A, pA
Si no se cumplen las condiciones anteriores un mensaje nos lo señala en el borde inferior del applet.
Una vez introducidos los datos se pulsa el botón titulado Empieza, el programa interactivo calcula:
La presión y el volumen de cada uno de los vértices
El trabajo, calor y variación de energía interna en cada una de las transformaciones...