Ciclo termodinámico

Denomínase ciclo termodinámico a calquera serie de procesos termodinámicos tales que, ao transcurso de todos eles, o sistema regrese ao seu estado inicial; é dicir, que a variación das magnitudes termodinámicas propias do sistema sexa nula.

O círculo da imaxe representa un sistema que evoluciona a través de ciclos termodinámicos.

No entanto, ás variables como a calor ou o traballo non é aplicable o anteriormente dito xa que estas non son funcións de estado do sistema, senón transferencias de enerxía entre este e a súa contorna. Un feito característico dos ciclos termodinámicos é que a primeira lei da termodinámica dita que: a suma de calor e traballo recibidos polo sistema debe de ser igual á suma de calor e traballo realizados polo sistema.

Representación dun sistema termodinámico nun diagrama P-V

Exemplo de diagrama P-V dun ciclo termodinámico.

Representado nun diagrama P-V (presión-volume específico), un ciclo termodinámico adopta a forma dunha curva pechada. Neste diagrama o volume dun sistema é representado en abscisas e a presión en ordenadas de forma que como

$\qquad W=\int P\ dV$,

tense que o traballo por cambio de volume (ou en xeral, se non se usa unha roda de paletas ou procedemento similar) é igual á area descrita entre a liña que representa o proceso e o eixo de abscisas.

O sentido de avance da curva, indicado polas puntas de frecha, indícanos se o incremento de volume é positivo (cara á dereita) ou negativo (cara á esquerda) e, como consecuencia, se o traballo é positivo ou negativo, respectivamente.

Polo tanto, pódese concluír que a área encerrada pola curva que representa un ciclo termodinámico neste diagrama, indica o traballo total realizado (nun ciclo completo) polo sistema, se este avanza en sentido horario ou, pola contra, o traballo total exercido sobre o sistema se o fai en sentido antihorario.

Usos prácticos dos sistemas termodinámicos

Obtención de traballo

Artigo principal: Motor térmico.

A obtención de traballo a partir de dúas fontes térmicas a distinta temperatura emprégase para producir movemento, por exemplo nos motores ou nos alternadores empregados na xeración de enerxía eléctrica. O rendemento é o principal parámetro que caracteriza a un ciclo termodinámico, e defínese como o traballo obtido dividido pola calor gastada no proceso, nun mesmo tempo de ciclo completo se o proceso é continuo.

$\qquad \eta ={\frac {W}{Q}}$

Este parámetro é diferente segundo os múltiples tipos de ciclos termodinámicos que existen, pero está limitado polo factor ou rendemento do Ciclo de Carnot.

Achegue de traballo

Artigo principal: Bomba térmica.

Ciclo de Carnot xeral en función da temperatura e a entropía.

Un ciclo termodinámico inverso busca o contrario que o ciclo termodinámico de obtención de traballo. Apórtase traballo externo ao ciclo para conseguir que a transferencia de calor se produza da fonte máis fría á máis quente, ao revés de como sucedería naturalmente. Esta disposición úsase nas máquinas de ar condicionado e en refrixeración.