EL CICLO DE CARNOT

Es el proceso cíclico reversible que sigue un sistema y que consiste de cuatro pasos: dos procesos isotermos y dos procesos adiabáticos según se indica a continuación. Aunque nos referiremos a un gas, el sistema puede ser cualquier material, incluso puede renovarse como ocurre en los motores de explosión.

Expansión isotérmica a TH El sistema se pone en contacto con un baño caliente ( 1  2 ) de temperatura TH absorbiendo una cantidad de calor QH mientras se expande a la temperatura del baño y por tanto realizando un trabajo W(1-2) y aumentando su entropía justo en QH/TH.

 Expansión adiabática El sistema se aísla térmicamente y se sigue expandiendo ( 2  3 ) adiabáticamente hasta que baja la temperatura a TL. Mientras se expande realiza un trabajo W(2-3) a expensas de la energía interna y se mantiene la entropía constante.

 Compresión isotérmica a TH El sistema se pone en contacto con un baño frío de temperatura TL cediendo una cantidad de calor QH mientras ( 3  4 ) se comprime a la temperatura del baño y sufriendo un trabajo W(3-4) y disminuyendo su entropía en QL/TL.

 Compresión adiabática El sistema se vuelve a aislar térmicamente y se sigue comprimiendo adiabáticamente hasta que sube la temperatura a TH. Mientras se comprime sufre un trabajo ( 4  1 ) W(4-1) y se mantiene la entropía constante.

Observaciones:

• El ciclo es reversible porque se realiza lentamente, el baño caliente está a una temperatura infinitesimalmente mayor a TH y el frío está a una temperatura infinitesimalmente inferior a TL.

• En un ciclo completo el trabajo total es W=W12+W23+W34+W41 y el calor total es Q=QH-QL, y el cambio de energía interna ∆U=0, por tanto: W=Q o [W12+W23+W34+ W41]=[QH-QL]. 

• Por ser reversible puede recorrerse en el otro sentido (como un refrigerador o bomba de calor).

Principios de Carnot: Todas las maquinas térmicas que sigan un proceso reversible entre los mismos baños térmicos tienen igual rendimiento. El rendimiento de una máquina térmica que siga un proceso irreversible entre dos baños térmicos es menor que el rendimiento de cualquier máquina térmica que siga un proceso reversible entre los dos mismos baños Si los principios de Carnot no se cumplen se violaría la 2ª Ley: