Ciclo de Carnot

El ciclo de motor térmico mas eficiente es el ciclo de Carnot, consistente en dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabático. El ciclo de Carnot se puede considerar como, el ciclo de motor térmico mas eficiente permitido por las leyes físicas. Mientras que la segunda ley de la termodinámica dice que no todo el calor suministrado a un motor térmico, se puede usar para producir trabajo, la eficiencia de Carnot establece el valor límite de la fracción de calor que se puede usar.

Con el fin de acercarse a la eficiencia de Carnot, los procesos que intervienen en el ciclo del motor de calor deben ser reversibles y no implican cambios en la entropía. Esto significa que el ciclo de Carnot es una idealización, ya que no hay procesos de motores reales que sean reversibles y todos los procesos físicos reales implican un cierto aumento de la entropía.

Para = K = K la eficiencia de Carnot es %

Las temperaturas en la expresión de la eficiencia de Carnot deben darse en ºKelvins. Para otras escalas de temperaturas, se aplican las siguientes conversiones:

=K = °C = °F

=K = °C = °F

El valor conceptual del ciclo de Carnot es que, establece la máxima eficiencia posible para un ciclo de motor operando entre T_H y T_C. No es un ciclo de motor práctico, porque la transferencia de calor en el motor en el proceso isotérmico es demasiado bajo para ser un valor práctico. Como dice Schroeder "no se moleste en instalar una máquina de Carnot en su coche; además de que aumentaría el consumo de gasolina en la carretera, sería adelantado por los peatones".

Entropía y el Ciclo de Carnot

La eficiencia de un ciclo de motor térmico, está dado por Para el caso ideal del ciclo de Carnot, esta eficiencia se puede escribir

Usando juntas estas dos expresiones

Si tomamos Q para representar el calor añadido al sistema, entonces el calor tomado del sistema tendrá un valor negativo. Para el ciclo de Carnot

que se puede generalizar como una integral alrededor de un ciclo reversible

Teorema de Clausius

Para cualquier parte del ciclo de motor térmico, se puede usar esto para definir el cambio en la entropía S del sistema

o en forma diferencial en cualquier punto del ciclo

Para cualquier proceso irreversible, la eficiencia es menor que la del ciclo de Carnot. Esto se puede asociar con un menor flujo de calor hacia el sistema y/o mas flujo de calor hacia fuera del sistema. El resultado inevitable es

Desigualdad de Clausius

Cualquier ciclo de motor real se traducirá en más entropía entregada al medio ambiente que tomada de él, dando lugar a un aumento neto total de la entropía.