CICLO DI CARNOT
Abbiamo visto che il secondo principio della termodinamica ci impedisce di costruire macchine termiche e frigoriferi perfetti.
È
quindi logico domandarsi quanto vicini alla perfezione possiamo
spingerci o se ci sia qualche altra limitazione fondamentale sul
funzionamento delle macchine termiche e dei frigoriferi. Infatti
possiamo vedere che questo limite esiste e per trovarlo si può iniziare
a studiare un motore termico che funziona usando un ciclo particolare,
chiamato ciclo di Carnet, chiamato così dal nome dell’ingegnere e
scienziato francese N. L. Sadi Carnet (1796-1832) che lo propose nel
1824. nel ciclo di Carnet la sostanza di lavoro è un gas ideale posto
per esempio in un cilindro. Si usano due serbatoi termici, uno alla
temperatura più elevata 
e l’altro alla temperatura più bassa 
. Il ciclo consiste di quattro trasformazioni reversibili, due isoterme
e due adiabatiche. La sequenza, indicata schematicamente in Figura 7 e
rappresentata in diagramma pV in Figura 8, si sviluppa nel modo
seguente:
Trasformazione 1 (ab). Si pone il cilindro a contatto col serbatoio a temperatura più alta mentre il gas si trova nello stato rappresentato dal punto a di Figura 7. Si rimuove gradualmente il peso dal pistone, permettendo al gas di espandersi lentamente fino al punto b. durante questa trasformazione il gas assorbe il calore 
dal serbatoio ad alta temperatura. Dal momento che la trasformazione è isoterma, l’energia interna del gas non cambia (
) e tutto il calore (positivo) assorbito dal gas si trasforma in lavoro (negativo) eseguito sul gas dal pistone che si alza.
Trasformazione 2 (bc). Si
isola il cilindro dal serbatoio e, togliendo progressivamente del peso
dal pistone, si lascia espandere lentamente il gas fino al punto c di Figura 7. L’espansione è adiabatica, dal momento che il sistema non assorbe né cede calore ( 
). Il pistone esegue un lavoro (negativo) 
sul gas. La temperatura del gas scende a , dal momento che il lavoro viene fatto a spese dell’energia interna del gas.
Trasformazione 3 (cd). Si pone il cilindro sul serbatoio a bassa temperatura e, aggiungendo gradualmente del peso sul pistone, si comprime lentamente il gas fino al punto d di Figura 7. Durante questa trasformazione viene ceduto il calore 
dal gas al serbatoio. La compressione è isoterma alla temperatura ; il pistone che scende e il peso compiono sul gas un lavoro positivo.
Trasformazione 4 (da). Si isola il cilindro dal serbatoio e, aggiungendo ancora pesi, si
comprime lentamente il gas fino a riportarlo al punto a di Figura 7,
completando quindi il ciclo. Questa compressione è adiabatica, dal
momento che il sistema non cede né assorbe calore. Sul gas viene fatto
il lavoro 
e la sua temperatura sale a .
Le quattro trasformazioni (1, 2, 3, 4) e i quattro stati finali delle trasformazioni (a, b, c, d) a quelli della Figura 5. Il sistema cilindro-pistone si riferisce a punti intermedi delle singole trasformazioni.
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Circuito frigorifero