La máquina de Carnot es una máquinaideal que utiliza calor para realizar un trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de expansión y compresión entre dos temperaturas. El ciclo termodinámico utilizado se denomina ciclo de carnot y fue estudiado por Sadi Carnota lrededor de 1820.
Carnot se propone encontrar el máximo rendimiento que puede tener una máquina térmica y en su empeño, enuncia el segundo principio de la termodinámicaen estos términos: Para poder obtener trabajo mecánico del calor, es necesario contar con dos fuentes de calor a distintas temperaturas. Poco se podía imaginar la evolución y la transcendencia de este principio a lo largo de los años en términos como la entropía o latermodinámica estadística.
La máquina puede imaginarse como un cilindro sobre el que discurre un pistón, cuyo eje, en su movimiento, empuja un carrito, efectuando un trabajo de desplazamiento, con una fuerza igual a la presión del gas por la superficie del cilindro sobre un espacio igual al recorrido del pistón dentro del cilindro. El cilindro contiene una cierta cantidad de un gas ideal y la máquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes
Expansión isotérmica
Expansión isotérmica. Se parte de una situación en que el gas ocupa el volumen mínimo V min a la temperatura T y a presión alta. En este estado se transfiere calor al cilindro desde la fuente de temperatura T, haciendo que el gas se expanda.
Expansión adiabática
Expansión adiabática. La expansión isotérmica termina en un punto tal que el resto de la expansión pueda realizarse sin intercambio de calor. Esta expansión adiabática hace que el gas se enfríe hasta alcanzar exactamente la temperatura T en el momento en que el pistón alcanza el punto máximo de su carrera y el gas alcanza su volumen máximo V max. Durante esta etapa todo el trabajo realizado por el gas proviene de su energía interna.
Compresión adiabática
Compresión adiabática. La fuente T se retira en el momento adecuado para que durante el resto de la compresión el gas eleve su temperatura hasta alcanzar exactamente el valor T al mismo tiempo que el volumen del gas alcanza su valor mínimo.
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