Fundamentos del Ciclo de Carnot: Transformaciones Adiabáticas y Eficiencia Termodinámica
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Tranformación adiabática: en ella no se produce intercambio de calor del gas con el exterior. Por tanto el calor es cero. Se define el coeficiente adiabático de un gas a partir de las capacidades caloríficas molares tomando distintos valores según el gas sea monoatómico o diatómico. Varían la presión, el volumen y la temperatura pero son independientes entre si. En una expansión adiabatica el gas realiza un trabajo a costa de disminuir su energía interna, por lo que se enfría.
Ciclo de Carnot: Es un proceso cíclico simple compuesto por dos transformaciones isotermas y otras dos adiabáticas y que tiene lugar reversiblemente. Sabemos que una maquina no puede tener un rendimiento del 100% y siempre es necesario saber cual es el máximo rendimiento de dicha máquina pues el ciclo de carnot proporciona el limite superior entre dos focos.
-Maquina de Carnot: en una maquina el ciclo se recorre en sentido horario para que el gas produzca trabajo.Las transformaciones que constituyen el ciclo de Carnot son:
- Expansión isoterma: al gas absorbe una cantidad de calor Q1 manteniéndose a la temperatura del foco caliente T1.
- Expansión adiabática: el gas se enfría sin pérdida de calor hasta la temperatura del foco frio T2.
- Compresión isoterma: el gas cede el calor Q2 al foco frío, sin variar de temperatura.
- Compresión adiabática: el gas se calienta hasta la temperatura del foco caliente T1, cerrando el ciclo.
En cuanto al rendimiento depende exclusivamente de las temperaturas absolutas de los dos focos caloríficos, siendo independiente de la naturaleza del sistema.
-Refrigerador de Carnot: es un dispositivo cuyo objetivo es extraer calor de un cuerpo a una cierta temperatura y cederlo a otro que se encuentra a una temperatura superior. Se llevan a cabo transformaciones termodinámicas con ayuda de sustancias de trabajo. Ha de existir trabajo para que se pase el calor de un cuerpo frio a uno caliente. La energía interna es nula.
El ciclo se recorre en sentido antihorario, ya que el trabajo es negativo:
- Expansión adiabática: el gas se enfría sin perdida de calor hasta la temperatura del foco frío.
- Expansión isoterma: el gas se mantiene a la temperatura del foco frío T2 y durante la expansión, absorbe el calor Q2 de dicho foco.
- Compresión adiabática: el gas se calienta hasta la temperatura del foco caliente T1 sin intercambio de calor.
- Compresión isoterma: al gas cede el calor Q1 al foco caliente, manteniéndose a la temperatura de dicho foco T1 y cerrando el ciclo.