ciclo de carnot

EL CICLO DE CARNOT Y EL TEOREMA DE CLAUSIUS

CARLOS S. CHINEA

EL CICLO DE CARNOT Y EL TEOREMA
DE CLAUSIUS

El Segundo Principio de la Termodinámica nos dice que todos los procesos de la
Naturaleza son irreversibles.
Si analizamos someramente los procesos naturales, todos presentan al menos una
de estas dos características: a) No quedan en absoluto satisfechas las condiciones
deequilibrio mecánico, químico o térmico, es decir, de equilibrio termodinámico, b)
Se producen siempre efectos de disipación energética, viscosidad, resistencia
eléctrica, etc.. Solamente si un proceso se realiza quasi-estáticamente pasaría por
una serie de estados de equilibrio termodinámico de modo que el trabajo que
realiza puede recibirlo en el proceso inverso. Para que un proceso pueda, pues,considerarse reversible ha de cumplir en definitiva: primero, que sea cuasi-estático,
y, segundo, que no se desarrollan en el mismo efectos de disipación energética.
Cuando pretendemos crear un motor que funcione entre dos focos caloríficos,
sabemos, por el Enunciado de Kelvin-Planck del Segundo Principio de la
Termodinámica, que ha de tomar calor del foco caliente para realizar trabajo, pero,siempre, ha de ceder algo de calor al foco frío. Y el rendimiento del motor viene
relacionado con la cantidad de calor que absorbe del foco caliente y la que cede al
foco frío. Las preguntas que nos hacemos, y que también se hizo en su día el
francés Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832), son ¿Cuál es el máximo
rendimiento que puede obtenerse de un motor funcionando entre dos focos?,¿Cuáles son las características?, ¿
depende de la sustancia con la que el motor
funciona?.
Carnot describió en 1824, en su artículo "Sur la puissance motrice du feu", cuando
tenía 28 años, un motor ideal reversible que funcionaba con el rendimiento máximo
en un ciclo muy sencillo, formado por dos tramos isotérmicos y dos adiabáticos,
ciclo que hoy día se conoce como El Ciclo de Carnot.

CarnotClausius

Desde el concepto de Ciclo de Carnot el matemático y físico alemán Rudoff E.
Clausius (1822-1888) pudo probar en 1850 un teorema fundamental para el
desarrollo
posterior
de
la
Termodinámica,
que
permitió
establecer
matemáticamente el concepto de Entropia.

DIVULGACION DE LA FÍSICA EN LA RED

MARZO 2004

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1. UN CICLO IDEAL. EL CICLO DE SADI CARNOT:
La definición del Ciclo:
El Ciclo llamado de Carnot es un ciclo reversible que consta de cuatro tramos: dos a
temperatura constante (dos procesos isotérmicos), y otros dos sin absorción ni
cesión de calor (dos procesos adiabáticos). Es decir, se trata de una transformación
bitérmica (entre dos temperaturas).
El rendimiento teórico:
Como entodas las transformaciones bitérmicas, el rendimiento viene dado por

Re =

W
Q1

Donde W representa el trabajo producido durante la transformación y Q1 el calor
que absorbe del foco caliente.
Puesto que no hay variación de energía interna, por tratarse de un proceso cíclico,
se tiene que por el Primer Principio de la Termodinámica es W=
∆U+∆Q=0+∆Q, es
decir, se tiene que W=Q1-Q2 .Re =

Q − Q2
Q
W
= 1
=1− 2
Q1
Q1
Q1

[1]

2. EL CICLO DE CARNOT DE UN GAS PERFECTO:
Cuando el sistema que evoluciona en un Ciclo de Carnot es un gas ideal, tanto el
calor absorbido como el calor cedido se puede determinar muy fácilmente, puesto
que sabemos que en las transformaciones isotermas se verifica que el trabajo
necesario para una expansión viene dado por la relación

W= n.R.T .ln v v  . y


 0

también sabemos que cuando no hay transvase de calor se verifica la relación
temperatura-volumen dada por

T .V γ − 1 = const.

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Esto quiere decir, analizando los cuatro tramos del Ciclo de Carnot para este tipo de
sistema...