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"Para haver conversão contínua de calor em trabalho, um sistema deve realizar ciclos entre fontes quentes e frias, continuamente. Em cada ciclo, é retirada uma certa quantidade de calor da fonte quente (energia útil), que é parcialmente convertida em trabalho, sendo o restante rejeitado para a fonte fria (energia dissipada)"
obras e Contribuições Relevantes
O excitante trabalho científico de Sadi Carnot inclui três itens maiores: o manuscrito Recherche, o Réflexions e as notas manuscritas. Fragmentos de matemática, suas traduções de dois dos artigos de Watt e notas de leitura de vários cursos de Matemática e Física também sobreviveram.
O último dos maiores trabalhos é um manuscrito de vinte e uma páginas escrito provavelmente em 1823 e intitulado "Recherche d'une formule propre à représenter la puissance motrice de la vapeur d'eau". Como o título indica, o artigo foi uma tentativa de encontrar uma expressão matemática para a força motriz (trabalho, nos termos modernos) produzidos por um quilograma de vapor. Explicitamente procurando uma solução geral que cobrisse todos os tipos de máquinas a vapor, Carnot reduziu a operação delas a três estágios básicos: uma expansão isotérmica enquanto o vapor é introduzido no cilindro, uma expansão adiabática e uma compressão isotérmica no condensador. Embora Carnot pretendesse um ciclo completo, isto era exato somente com respeito ao movimento do pistão e não com o fluido de trabalho, que não retornava à temperatura do evaporador. Empregando a lei de Clément para vapores saturados e criando uma função de aproximaçào para a Tabela de pressão de vapor de Dalton, Carnot deduziu a força motriz como função das temperaturas e pressões iniciais e finais do vapor. Desde que a tabela de Dalton relaciona temperatura e pressão do vapor, Carnot realmente expressou a força motriz de uma quantidade unitária de vapor como função unicamente da temperatura.
O ensaio, tanto em métodos como em objetivos é similar aos vários artigos publicados entre 1818 e 1824 por "engenheiros de potência" como Hachette, Navier, Petit e Combes. Entretanto, o trabalho de Carnot se distingue por sua cuidadosa e clara análise das unidades e conceitos empregados e por seu uso tanto no estágio adiabático de trabalho como no estágio isotérmico. A natureza refinada do artigo, em contraste com a grossura das notas, o faz parecer propenso à publicação, embora tenha permanecido desconhecido até 1966.
Refléxions, o único trabalho que Carnot publicou em vida, apareceu em 1824 como um ensaio de somente 118 páginas. Após uma concisa revisão da importância industrial, econômica e política da máquina a vapor, Carnot levantou dois problemas que ele sentiu impedir um maior desenvolvimento tanto da utilidade como da teoria das máquinas a vapor. Havia um limite para a potência motriz do calor, e portanto para um melhoramento das máquinas a vapor? Como Carnot mesmo concebeu, Refléxions foi nada mais nada menos do que um "exame deliberado" dessas questões. Ambos foram problemas temporários e, embora engenheiros franceses os tivessem investigado durante uma década, soluções geralmente aceitas não haviam sido alcançadas. Na ausência de um claro conceito de eficiência, projetos de máquinas a vapor foram julgados largamente em praticidade, segurança e economia de combustível. Ar, ácido carbônico e álcool haviam sido recomendados por alguns engenheiros como melhores substâncias de trabalho do que vapor. A aproximação usual para estes problemas era tanto um estudo empírico da entrada de combustível e da saída de trabalho de máquinas individuais como a aplicação da teoria matemática dos gases para as operações abstratas de um tipo de máquina específica. Carnot interviu firmemente nesta tradição da engenharia; seu método de atacá-la foi radicalmente novo e é a essência de sua contribuição para a ciência do calor.
Como fundações para seu estudo, Carnot cuidadosamente estabeleceu três premissas. A primeira foi a impossibilidade do movimento perpétuo, princípio assumido há muito tempo em mecânica e que foi parte importante no trabalho de Lazare Carnot. Como segunda premissa Carnot usou a teoria calórica do calor, que apesar de alguma oposição, foi a mais aceita e mais desenvolvida teoria de calor disponível. Em Réflexions, o calor foi sempre tratado como um fluido sem peso que não podia nem ser criado nem destruído em qualquer processo. Como um elemento das demonstrações de Carnot essa suposição afirmava que a quantidade de calor absorvida ou liberada por um corpo em qualquer processo depende somente dos estados inicial e final do corpo. A premissa final foi que a força motriz era devida "não a um consumo real de calórico, mas ao seu transporte de um corpo quente a um corpo frio". Fazendo a analogia com uma roda d'água, Carnot observou que esta força motriz devia depender da quantidade de "calórico" empregado e da amplitude do intervalo de temperatura através da qual ela caía. No seu conceito de reversibilidade Carnot também implicitamente assumiu o inverso dessa premissa, que o gasto da força motriz retornará "calórico" do corpo frio para o corpo quente.
A análise das máquinas de calor iniciou onde o Recherche terminou, com um abstrato ciclo de vapor com três estágios. Este ciclo incompleto provocou incômodos e Carnot levou a abstração um passo adiante, produzindo a máquina de calor ideal e o ciclo que agora leva seu nome. A "Máquina de Carnot" consistia simplesmente de um cilindro e pistão, uma substância de trabalho que era assumida como um gás perfeito, e dois reservatórios de calor mantidos a temperaturas diferentes. O novo ciclo incorporou as expansões isotérmicas e adiabáticas e a compressão isotérmica da máquina a vapor, mas Carnot adicionou uma compressão adiabática final na qual força motriz era consumida para aquecer o fluido até sua temperatura de ebulição.
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