Entre todos os processos termodinâmicos cíclicos, o ciclo de Carnot tem um significado teórico especial e aplicação prática. Muitas vezes é chamado de insuperável, grande, ideal, etc. E para muitos, geralmente parece ser algo misterioso e incompreensível. No entanto, se todos os acentos forem colocados corretamente, toda a simplicidade, genialidade e beleza desta invenção, descoberta pelo cientista e engenheiro francês Sadi Carnot, se abrirá instantaneamente. E ficará claro que não há nada de sobrenatural no processo que ele propôs, mas apenas o uso mais eficiente de algumas leis da natureza.
Então, o que é realmente o famoso e misterioso ciclo de Carnot? Pode ser definido como um processo quase estático baseado em colocar um sistema termodinâmico em contato térmico com um par de tanques termostáticos com valores de temperatura constantes e estáveis. Em queassume-se que a temperatura do primeiro (aquecedor) excede a do segundo (frigorífico). O ciclo de Carnot consiste no fato de que primeiro um sistema termodinâmico, inicialmente com um certo valor térmico, entra em contato com um aquecedor. Então, por uma diminuição infinitamente lenta da pressão, uma expansão quase estática é causada nele, acompanhada pelo empréstimo de calor do aquecedor e resistência à pressão externa.
Depois disso, o sistema é isolado, o que novamente causa uma expansão adiabática quase estática nele até que sua temperatura atinja a do refrigerador. Com este tipo de expansão, um certo trabalho de resistência à pressão externa também é realizado pelo sistema termodinâmico. Nesse estado, o sistema é colocado em contato com o refrigerador e, aumentando continuamente a pressão, é comprimido até certo ponto, como resultado do qual transfere totalmente a energia térmica emprestada do aquecedor para o segundo reservatório. O ciclo de Carnot é único, pois não é acompanhado por nenhuma perda de calor. Teoricamente, tal esquema pode ser chamado de máquina de movimento perpétuo. Isso porque a eficiência térmica do ciclo de Carnot, dependendo apenas das temperaturas do par de tanques, será sempre a maior possível. No entanto, ninguém ainda conseguiu criar uma máquina cuja eficiência térmica ultrapassaria trinta por cento do permitido pelo processo cíclico de Sadi Carnot.
E esse processo é chamado de ideal porquemuito melhor do que outros ciclos é capaz de converter calor em trabalho útil. Por outro lado, devido às dificuldades em organizar e realizar processos isotérmicos, sua aplicação em motores reais é extremamente difícil. Para máxima eficiência de transferência de calor, tal máquina deve ser completamente isolada do ambiente externo, o que na realidade é quase impossível.
O ciclo de Carnot reverso fundamenta o princípio de funcionamento de uma bomba de calor, que, ao contrário de um refrigerador, deve fornecer o máximo de energia possível a algum objeto quente, como um sistema de aquecimento. Parte do calor é emprestado do ambiente, que tem uma temperatura mais baixa, o restante da energia necessária é liberada durante a realização de trabalho mecânico, como um compressor.
