Ciclo De Carnot

Ciclo de Carnot
En un ciclo de Carnot, el sistema que ejecuta el ciclo desarrolla una serie de cuatro procesos internamente reversibles: dos procesos adiabáticos alternados con dos procesos isotérmicos (ver figura 1.1).
El pistón y las paredes del cilindro son adiabáticos. Las transferencias de calor son positivas e la dirección de las flechas. Véase también que hay dos reservorios detemperaturas TC y TF, respectivamente, y una base aislada térmicamente-. Inicialmente, el dispositivo cilindro-pistón se encuentra sobre la base aislada y el sistema está en el estado 1 (ver figura 1.2). Los cuatro procesos del ciclo son:
* Proceso 1-2: El gas se comprime adiabáticamente hasta el estado 2, cuya temperatura es TC.
* Proceso 2-3: El dispositivo se pone en contacto con el reservorioa TC. El gas se expande isotérmicamente mientras recibe la energía QC del reservorio caliente por transferencia de calor.
* Proceso 3-4: El dispositivo se coloca de nuevo sobre la base aislada y se permite que el gas continúe expandiéndose, ahora adiabáticamente, hasta que la temperatura caiga a TF.
* Proceso 4-1: El dispositivo se pone en contacto con el reservorio a TF. El gas secomprime isotérmicamente hasta su estado inicial mientras cede la energía QF al reservorio frío por transferencia de calor.

Figura 1.1 Diagrama p-v para un ciclo de potencia de Carnot
realizado por un gas

Para que la transferencia de calor durante el proceso 2-3 sea reversible, la diferencia entre la temperatura del gas y la temperatura del reservorio caliente debe ser extremadamente pequeña.Como la temperatura del reservorio se mantiene constante, esto implica que la temperatura del gas también permanecerá constante durante el proceso 2-3. La misma conclusión puede obtenerse para el proceso 4-1.
Para cada uno de los cuatro procesos internamente reversibles del ciclo de Carnot el trabajo puede representarse como una superficie en la Figura 1.1. El área bajo la línea 1-2 del procesoadiabático representa el trabajo consumido por unidad de masa para comprimir el gas en este proceso. Las áreas bajo las líneas 2-3 y 3-4 representan el trabajo por unidad de masa realizado por el gas según se expande en dichos procesos. El área bajo la línea 4-1 es el trabajo consumido por unidad de masa para comprimir el gas en este proceso. El área encerrada en el diagrama p-v, que se muestrasombreada, es el trabajo neto por unidad de masa desarrollado por el ciclo.

Figura 1.2 Ciclo de potencia realizado por una sustancia que cambia de fase
Compresión adiabática reversible (proceso 1-2, la temperatura sube de TF a TC). El estado 1 es tal que cuando se elimina el depósito de baja temperatura se coloca el aislamiento de nuevo en la cabeza del cilindro y se comprime el gas de manerareversible, entonces el gas vuelve a su estado inicial (estado 2). La temperatura sube de TF a TC durante este proceso de compresión adiabática reversible, que completa el ciclo.
Expansión isotérmica reversible (proceso 2-3, TC=constante). Inicialmente (estado 2), la temperatura del gas es TC y la cabeza del cilindro está en contacto estrecho con una fuente a temperatura TC. Se permite que el gas seexpanda lentamente y que realice trabajo sobre los alrededores. Cuando el gas se expande su temperatura tiende a disminuir, pero tan pronto como disminuye la temperatura en una cantidad infinitesimal dT, cierta cantidad de calor se transfiere del depósito hacia el gas, de modo que la temperatura de éste se eleva a TC. Así, la temperatura del gas se mantiene constante en TC. Como la diferencia detemperatura entre el gas y el depósito nunca excede una cantidad diferencial dT, éste es un proceso reversible de transferencia de calor. El proceso continúa hasta que el émbolo alcanza la posición 3. La cantidad de calor total transferido al gas, durante este proceso es QC.
Expansión adiabática reversible (proceso 3-4, la temperatura disminuye de TC a TF). En el estado 3, el depósito que estuvo...