CICLO DE CARNOT

Las máquinas de Carnot son máquinas cíclicas ideales que se han estudiado siempre con asiduidad debido a su relevancia histórica, pero sobre todo porque ayudan a comprender mejor ciertos aspectos importantes de la termodinámica.

Estas máquinas constan de dos reservorios de calor a temperaturas y , y un sistema auxiliar que se utiliza para extraer calor del reservorio ``caliente'' a , transformándolo en trabajo mecánico y entregando calor sobrante a . El gráfico contiguo corresponde a un ciclo completo de una máquina cuyo sistema auxiliar es un gas.


El primer proceso se inicia en el estado y consiste de una expansión isotérmica en contacto con el reservorio a hasta llegar al estado ; durante esta expansión se absorbe una cantidad de calor . A continuación se aisla térmicamente el sistema para realizar una expansión adiabática hasta el estado . Luego se comprime el sistema hasta el estado , manteniéndolo en contacto con el reservorio a , de manera que se entrega al mismo una cantidad de calor . El último proceso de cada ciclo se realiza aislando nuevamente el sistema, compriméndolo hasta retornar al estado inicial .


Las máquinas de Carnot no necesariamente utilizan un gas como sistema auxiliar. En el caso general se tiene una variable intensiva asociada con una variable extensiva característica del sistema, de manera que el diagrama correspondiente al ciclo de Carnot en esta representación tendrá el aspecto cualitativo que se muestra en la figura. Tanto en el diagrama anterior como en este último, el área encerrada por la curva debe representar el trabajo realizado por el sistema auxiliar. En el caso general esa área ilustra el valor de la integral , mientras que para el caso de un gas debe representar la integral .



Es evidenteentonces que el sentido de los ciclos en los diagramas debe ser opuesto, ya que el trabajo realizado por el sistema en ambos casos debe ser positivo.


Es frecuente también representar el ciclo de Carnot en el plano -. En este caso el diagrama resulta especialmente simple, ya que --como hemos dicho-- los procesos se realizan a constante o constante. El área que encierra el ciclo en este diagrama representa la cantidad neta de calor absorbida por el sistema auxiliar. De todos modos, debido a que el sistema realiza un ciclo regresando al estado inicial, lo que implica que el área mencionada debe coincidir con la correspondiente a la representación anterior, ya que debe cumplirse .