Ciclo di Carnot

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Un motore si basa sulle trasformazioni di un gas contenuto in un cilindro. Le trasformazioni sono cicliche. In ogni caso il gas trasferisce al motore l'energia che assorbe da una sorgente calda, mentre per tornare alle condizioni iniziali deve cedere parte dell'energia incamerata a sorgenti più fredde.


CICLO DI CARNOT

E' un ciclo ideale reversibile in 4 fasi: due isoterme e due adiabatiche. Il rendimento di questo ciclo è il massimo tra quelli ottenibili con motori reali e rappresenta il termine di paragone per progettisti...

Il rendimento è  h = L / Q1, ma L = Q1 - Q2 e quindi:

h = ( Q1-Q2) / Q1 = 1 - Q2/Q1

Si dimostra che per i cicli reversibili Qi = KTi , ossia La quantità di calore scambiata in una trasformazione isoterma reversibile è direttamente proporzionale alla temperatura e pertanto si può esprimere il rendimento come:

h  = 1 - T2/T1

carnot1 Nella prima fase il gas contenuto nel cilindro assorbe nell'espansione isoterma alla temperatura calda T1 una quantità di calore Q1.

In questa fase il gas trasferisce tutta l'energia assorbita al motore in quanto l'energia interna non può aumentare ( dipende solo dalla temperatura).

L = Q1

D U = 0

carnot2 Nella seconda fase il gas trasferisce parte della sua energia interna al motore. Nella trasformazione adiabatica il gas non può ricevere energia dal mondo esterno. Il lavoro di espansione avviene a spesa della sua energia interna. Il gas pertanto in questa fase si raffredda passando dalla temperatura T1 alla temperatura più fredda T2.

L = - D U

Q = 0

nelle prime due fasi il gas trasferisce energia al motore, più energia di quanta ne abbia ricevuta.

L = - D U + Q

carnot3 Nella terza fase il gas messo a contatto con la sorgente fredda a temperatura T2 ( normalmente l'ambiente) e iniziano le fasi che lo riporterà alle condizioni iniziali.

Nella compressione isoterma il gas riceve energia dal motore e lo trasferisce alla sorgente fredda. Non varia in questa fase l'energia interna.

L = -Q2

D U = 0

carnot4 Nella quarta fase il gas viene compresso per permettergli di tornare alle condizioni iniziali: in questa fase il motore trasferisce energia al gas. L'energia trasferita è pari all'energia persa dal gas nella espansione adiabatica.

L =  D U

Q = 0

nelle ultime due fasi il gas riceve energia dal motore.

L =  D U - Q

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