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O Ciclo de Carnot

por Redação EstraBlog

carnotNicolas Léonard Sadi Carnot, filho do líder militar de alto escalão Lazare Nicholas Marguerite Carnot, nasceu em Paris em 1796. Seu pai renunciou ao exército em 1807 para educar Nicolas e seu irmão Hippolyte. Ambos receberam uma excelente educação domiciliar. Ela incluía ciências, artes, idiomas e música.

Em 1812, Nicolas Carnot, na época com 16 anos, foi admitido na conceituada École Polytechnique, em Paris. Seus instrutores incluíam Joseph Louis Gay-Lussac, Siméon Denis Poisson e André-Marie Ampère. Seus companheiros de estudo incluiam os famosos futuros cientistas Claude-Louis Navier e Gaspard-Gustave Coriolis. Durante seu tempo na escola, Carnot desenvolveu um interesse especial na teoria de gases e na solução de problemas de engenharia industrial.

Pai e Filho Trabalhando Juntos

Após a formatura, Carnot ingressou no exército francês como engenheiro militar e serviu até 1814. Em 1821, visitou seu pai que havia mudado  para Magdeburg, na Alemanha. Lazare viu uma locomotiva a vapor que havia chegado à cidade e a partir de então, pai e filho passavam a maior parte do tempo discutindo teorias sobre como os motores a vapor funcionavam.

Carnot retornou a París empolgado em desenvolver teorias científicas sobre motores à vapor e calor; Nenhum pesquisador até então, havia descoberto os princípios científicos fundamentais por trás de sua operação. A maioria dos cientistas acreditava na “teoria calórica”, que mantinha o calor como um líquido invisível que fluía quando estava fora de equilíbrio. Carnot queria usar sua pesquisa para melhorar a eficiência dos motores a vapor, que na época, acredite se quiser, era de apenas 3%.

Carnot tinha duas questões-chave sobre os motores térmicos que ele queria responder.

O trabalho estava disponível à partir de uma fonte de calor ilimitada?

A eficiência dos motores térmicos pode ser melhorada substituindo o vapor por um fluido ou gás diferente?

Em 1824, Carnot publicou “Reflexões sobre a Força Motriz do Fogo”, que detalhou sua pesquisa e apresentou um tratamento teórico bem fundamentado para o motor térmico perfeito (mas inatingível), Esta teoria passou a ser conhecida então por CiCLO DE CARNOT.

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O Ciclo de Carnot

No primeiro estágio de seu modelo, um pistão se move para baixo enquanto o motor absorve calor de uma fonte e o gás começa a se expandir.

No segundo estágio, quando o pistão continua a se mover para baixo, o calor é removido; o gás ainda se expande, mas desta vez através de uma queda de temperatura.

No terceiro estágio, o pistão começa a subir e o gás é comprimido novamente, liberando calor (compressão isotérmica).

carnotNo quarto estágio, o pistão continua a se mover para cima, o gás resfriado é comprimido e a temperatura sobe.

Ele percebeu que a condução de calor entre partes do motor a diferentes temperaturas, tinha que ser eliminada para maximizar a eficiência. Ele também introduziu o conceito de reversibilidade, em que a força motriz pode ser usada para produzir a diferença de temperatura no motor. Algumas das teorias que ele determinou criaram as bases para a descoberta da segunda lei da termodinâmica.

Morte e legado

Ele morreu durante uma epidemia de cólera que varreu Paris em 1832, com a idade de 36 anos. Temendo que estivessem contaminados, muitos de seus escritos foram enterrados com ele em seu funeral, pouca coisa foi salva. Infelizmente ele não viveu para ver seu trabalho reverenciado por outros cientistas. Suas ideias foram incorporadas às teorias termodinâmicas propostas por Rudolf Clausius e William Thomson no início da década de 1850. Rudolf Diesel também baseou-se em suas teorias quando projetou o motor a diesel em 1893.

Com suas múltiplas contribuições científicas, incluindo o motor térmico de Carnot, o teorema de Carnot e a eficiência de Carnot, Nicolas Léonard Sadi Carnot é frequentemente descrito como o “Pai da Termodinâmica”. Seu conceito do motor de calor idealizado levou ao desenvolvimento de um sistema termodinâmico que poderia ser quantificado, um sucesso chave que permitiu muitas das descobertas futuras que estavam por vir.

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