Ciclo del carnot

CICLO DE CARNOT

De acuerdo a lo anunciado por Kelvin es imposible transformar en trabajo el calor que se toma de una única fuente a temperatura uniforme mediante una transformación que no produzca ningún otro cambio en los sistemas que intervienen en ella, para realizarla necesitamos por lo menos dos fuentes a dos temperaturas distintas,t1 y t2. Si contamos con dichas fuentes, podemostransformar el calor en trabajo por medio del proceso siguiente, denominado ciclo de Carnot
En 1824 un ingeniero francés, Sadi Carnot, investigaba los principios que regían la transformación de energía térmica, “calor”, en energía mecánica, “trabajo”. Sus estudios se basaban en una transformación cíclica de un sistema conocida hoy en día como ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot es un ciclotermodinámico ideal reversible entre dos fuentes de temperatura y cuatro procesos, en el cual el rendimiento es máximo.
El ciclo de Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante) y dos adiabáticos (aislados térmicamente):
1. Expansión isoterma: 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 esteestado 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 latermodinámica 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 
2. Expansión adiabática: Laexpansión 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 disminuyesu energía interna, con lo que utilizando un razonamiento análogo al anterior proceso:

Esta vez, al no haber transferencia de calor, la entropía se mantiene constante: 
3. Compresión isoterma: Se pone en contacto con el sistema la fuente de calor de temperatura T2 y el gas comienza a comprimirse, pero no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría. Al no cambiar latemperatura tampoco lo hace la energía interna, y la cesión de calor implica que hay que hacer un trabajo sobre el sistema:

Al ser el calor negativo, la entropía disminuye: 
4. Compresión adiabática: Aislado térmicamente, el sistema evoluciona comprimiéndose y aumentando su temperatura hasta el estado inicial. La energía interna aumenta y el calor es nulo, habiendo que comunicar un trabajo alsistema:

Al ser un proceso adiabático, no hay transferencia de calor, por lo tanto la entropía no varía: 

Consideremos un fluido cuyo estado pueda representarse sobre un diagrama (V,P),(volumen, presión) y estudiemos dos transformaciones adiabáticas(se dice que una transformación de un sistema termodinámico es adiabática si es reversible y si el sistema esta térmicamente aislado de tal modoque no pueda haber intercambio de calor entre el y el medio circundante mientras se realiza la transformación) y dos transformaciones isotermas, correspondientes a las temperaturas t1 y t2(es la transformación durante la cual la temperatura del sistema permanece constante).
Estas cuatro curvas se interceptan en los puntos A,B,C y D, como se muestra en la siguiente figura,

Sean AB y CD las...