É possível construir uma máquina com rendimento 100%? Veremos neste post que não! Existe um post neste site sobre a Segunda lei da Termodinâmica e entropia. Nele, você pode compreender porque não é possível construir uma máquina com tal rendimento. Neste post, por sua vez, vamos discutir sobre um modelo teórico que trata sobre o máximo rendimento possível para uma máquina térmica desenvolvido por Sadi Carnot.
A máquina de Carnot
O engenheiro francês Sadi Carnot desenvolveu um modelo teórico com o máximo rendimento possível para uma máquina térmica. Isso não significa que a máquina térmica, nesse modelo, atinge o rendimento 100%. Na verdade, a máquina de Carnot maximiza o rendimento dentro de condições específicas de forma que delimita um valor limite, o qual não pode ser superado por uma máquina térmica real.
A pergunta que não quer calar é: Por que essa máquina tem rendimento máximo? A máquina de Carnot opera num processo cíclico reversível. As máquinas térmicas reais também operam em ciclos, mas o processo é irreversível.
Um processo reversível acontece quando é possível retornar às condições iniciais mantendo o estado de equilíbrio do sistema termodinâmico. Entretanto, todos os processos reais são irreversíveis.
O ciclo da máquina de Carnot é composto por uma expansão isotérmica e uma expansão adiabática, assim como uma compressão isotérmica e uma compressão adiabática. Logo em seguida, o processo é reiniciado constituindo o ciclo de Carnot.
O rendimento de uma máquina térmica é dado pela razão entre o trabalho da máquina e a energia transferida pelo reservatório quente.
Pela Primeira lei da Termodinâmica, a variação da energia interna num processo térmico é nula. Assim, o trabalho é igual ao calor total.
O calor total, por sua vez, vale:
A partir desse modelo teórico podemos enunciar o Teorema de Carnot: Nenhuma máquina térmica pode ter rendimento maior que uma máquina de Carnot que opera entre os mesmos reservatórios de energia. O limite de rendimento é a máquina de Carnot.