Em 01/06: SADI CARNOT

★01/06/1796 †24/08/1832
Nicolas Léonard Sadi Carnot foi um físico, matemático e engenheiro francês que deu o primeiro modelo teórico de sucesso sobre as máquinas térmicas, o ciclo de Carnot, e apresentou os fundamentos da segunda lei da termodinâmica

O físico e engenheiro francês iniciou sua investigação sobre as propriedades dos gases, em especial a relação entre pressão e temperatura, em 1831. Em 1832, morre subitamente de cólera, no dia 24 de agosto. Apesar de quase todas suas coisas terem sido incineradas – como era de costume da época – parte de suas anotações escaparam à destruição. Essas anotações mostram que Sadi Carnot havia chegado à ideia de que, essencialmente, calor era trabalho, cuja forma fora alterada. Por essa, Nicolas Leonard é, por excelência, considerado o fundador da Termodinâmica – ciência que afirma ser impossível a energia desaparecer, mas apenas a possibilidade da energia se alterar de uma forma para outra.

Passou grande parte de sua vida investigando a concepção de motores a vapor.

Segundo Carnot os trabalhos anteriores sobre motores a vapor falharam por falta de uma teoria suficientemente geral, aplicável a todos os motores de calor que se possa imaginar e com base em princípios estabelecidos. Como as bases para o seu estudo Carnot definiu três premissas. A primeira foi a impossibilidade de movimento perpétuo, um princípio que tempo tinha sido assumido em mecânica e recentemente desempenhou um papel importante no trabalho de seu pai Lazare Carnot. Como sua segunda premissa Carnot usou a teoria calórica do calor, que, apesar de alguma oposição, foi a teoria mais aceita e mais desenvolvida do calor disponível.

A premissa final foi que força motriz pode ser apresentada sempre que existe uma diferença de temperatura. A produção de energia motriz foi devido “não a um consumo real de calorias, mas para o seu transporte de um corpo quente para um corpo frio.” 6 Fazendo a analogia com uma roda d’água, Carnot observou que essa força motriz deve depender tanto a quantidade calórica de empregue e o tamanho do intervalo de temperatura através da qual ele cai. Em seu conceito de reversibilidade Carnot também assumiu implicitamente o inverso dessa premissa, que a despesa de energia motriz voltará calórica do corpo frio para o corpo quente.

Seu livro “Reflexões sobre a força motriz do calor” (1824) continha um teorema que diz que uma máxima eficiência do motor de calor pode ser obtido por um motor reversível, e que a eficiência depende apenas das temperaturas do quente e as fontes frias do motor . Este teorema desempenhou um papel essencial para o desenvolvimento posterior da termodinâmica. Ele foi escrito para promover a construção de motores a vapor e outros motores de calor na França, cujo desenvolvimento industrial estava ficando para trás Inglaterra.

A possibilidade de interconversão entre calor e trabalho possui restrições para as chamadas máquinas térmicas. O Segundo Princípio da Termodinâmica, elaborado em 1824 por Sadi Carnot, é enunciado da seguinte forma:

“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).”

Se tornou capitão de engenheiros do exército e passou grande parte de sua vida investigando o projeto de motores a vapor. Seu livro Reflexões sobre o poder motriz do calor (1824) continha um teorema que diz que uma eficiência máxima do motor térmico pode ser obtida por um motor reversível e que a eficiência depende apenas das temperaturas das fontes quentes e frias do motor . Esse teorema teve um papel essencial no desenvolvimento subsequente da termodinâmica. Foi escrito para promover a construção de motores a vapor e outros motores térmicos na França, cujo desenvolvimento industrial estava atrasado em relação ao da Inglaterra.

NA britannica.com
Sadi Carnot, na íntegra Nicolas-léonard-sadi Carnot, (nascido em 1 de junho de 1796, Paris, Fr. – falecido em 24 de agosto de 1832, Paris), cientista francês que descreveu o ciclo de Carnot, relacionado à teoria dos motores térmicos.

Carnot era o filho mais velho da figura revolucionária francesa Lazare Carnot e foi nomeado em homenagem a um poeta e filósofo persa medieval, Saʿdī de Shīrāz. Seus primeiros anos foram um período de inquietação e a família sofreu muitas mudanças de sorte. Seu pai fugiu para o exílio logo após o nascimento de Sadi; em 1799, ele voltou a ser nomeado ministro da guerra de Napoleão, mas logo foi forçado a renunciar. Um escritor sobre matemática e mecânica, bem como assuntos militares e políticos, o Carnot mais velho agora tinha tempo livre para dirigir a educação inicial de seu filho.

Sadi entrou na École Polytechnique em 1812, uma instituição que proporcionava uma educação excepcionalmente boa, com um corpo docente de cientistas famosos cientes dos mais recentes desenvolvimentos em física e química, que se baseavam em uma matemática rigorosa. Na época em que Sadi se formou em 1814, o império de Napoleão estava sendo revertido e os exércitos europeus estavam invadindo a França. Logo a própria Paris foi sitiada, e os estudantes, Sadi entre eles, travaram uma escaramuça nos arredores da cidade.

Durante o breve retorno de Napoleão ao poder em 1815, Lazare Carnot foi ministro do interior, mas, após a abdicação final do imperador, ele fugiu para a Alemanha, para nunca mais retornar à França.

Sadi permaneceu oficial do exército durante a maior parte de sua vida, apesar das disputas sobre sua antiguidade, negação de promoção e recusa em empregá-lo no cargo para o qual havia sido treinado. Em 1819 ele foi transferido para o recém-formado Estado-Maior, mas rapidamente se aposentou com metade do salário, vivendo em Paris para servir no exército. Amigos o descreveram como reservado, quase taciturno, mas insaciavelmente curioso sobre ciência e processos técnicos.
O período maduro e criativo de sua vida começou. Sadi assistiu a palestras públicas sobre física e química fornecidas para trabalhadores. Ele também foi inspirado por longas discussões com o físico proeminente e industrial de sucesso Nicolas Clément-Desormes, cujas teorias ele esclareceu ainda mais por sua visão e capacidade de generalizar.

O problema que ocupava Carnot era como projetar boas máquinas a vapor. A energia a vapor já tinha muitos usos – drenar água de minas, escavar portos e rios, forjar ferro, moer grãos e fiar e tecer tecidos – mas era ineficiente. A importação para a França de motores avançados após a guerra com a Grã-Bretanha mostrou a Carnot o quanto o design francês havia ficado para trás. O que o irritava particularmente era que os britânicos haviam progredido tanto por meio da genialidade de alguns engenheiros que careciam de educação científica formal. Os engenheiros britânicos também acumularam e publicaram dados confiáveis sobre a eficiência de muitos tipos de motores em condições reais de funcionamento; e eles argumentaram vigorosamente os méritos dos motores de baixa e alta pressão e dos motores monocilíndricos e multicilindros.

Convencido de que a utilização inadequada de vapor pela França foi um fator em sua queda, Carnot começou a escrever um trabalho não técnico sobre a eficiência das máquinas a vapor. Outros trabalhadores antes dele haviam examinado a questão de melhorar a eficiência das máquinas a vapor, comparando a expansão e compressão do vapor com a produção de trabalho e o consumo de combustível. Em seu ensaio, Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance (Reflexões sobre a força motriz do fogo), publicado em 1824, Carnot abordou a essência do processo, não se preocupando como os outros haviam feito com seus detalhes mecânicos.

Ele viu que, em uma máquina a vapor, a força motriz é produzida quando o calor “cai” da temperatura mais alta da caldeira para a temperatura mais baixa do condensador, assim como a água, ao cair, fornece força em uma roda d’água. Ele trabalhou dentro da estrutura da teoria calórica do calor, assumindo que o calor era um gás que não podia ser criado nem destruído. Embora a suposição estivesse incorreta e o próprio Carnot tivesse dúvidas sobre isso, mesmo enquanto escrevia, muitos de seus resultados eram, no entanto, verdadeiros, notadamente a previsão de que a eficiência de um motor idealizado depende apenas da temperatura de suas partes mais quentes e frias e não de a substância (vapor ou qualquer outro fluido) que aciona o mecanismo.

Embora formalmente apresentado à Academia de Ciências e com excelente crítica na imprensa, o trabalho foi completamente ignorado até 1834, quando Émile Clapeyron, um engenheiro ferroviário, citou e ampliou os resultados de Carnot. Vários fatores podem ser responsáveis por esse atraso no reconhecimento; o número de cópias impressas era limitado e a disseminação da literatura científica era lenta, e dificilmente se esperava que tal trabalho viesse da França quando a liderança em tecnologia a vapor estava centrada na Inglaterra por um ano.

entury. Eventualmente, as opiniões de Carnot foram incorporadas pela teoria termodinâmica, uma vez que foi desenvolvida por Rudolf Clausius na Alemanha (1850) e William Thomson (mais tarde Lord Kelvin) na Grã-Bretanha (1851).

Pouco se sabe sobre as atividades subsequentes de Carnot. Em 1828, ele se descreveu como um “construtor de máquinas a vapor, em Paris”. Quando a Revolução de 1830 na França parecia prometer um regime mais liberal, houve uma sugestão de que Carnot não recebesse um cargo governamental, mas não deu em nada. Ele também estava interessado em melhorar a educação pública. Quando a monarquia absolutista foi restaurada, ele voltou ao trabalho científico, que continuou até sua morte na epidemia de cólera de 1832 em Paris.

ESTUDE
https://www.fisica.net/vestibular/resumos/termodinamica.php

Dá um tempo, motor!
https://fisica.net/tc/fis2g28.pdf

Questão 13
A velocidade máxima do vento no furacão Irma
em setembro/2017 chegou a 346 km/h, o que
o classifica como um furacão de categoria 5.
Segundo um modelo teórico desenvolvido no
MIT (Massachuttes rnstitute of Thecnology),
um furacão pode ser tratado como uma
máquina de calor de Carnot. A tempestade
extrai calor do oceano tropical quente (água
como fonte de calor) e converte parte do calor
em energia cinética (vento).
Nesse modelo, a velocidade máxima Vmáx pode
ser obtida da equação
https://www.fisica.net/vestibular/provas/ufrgs/ufrgs-2018-prova-fisica.pdf

LEIA
http://www.encyclopedia.com/topic/Nicolas_Leonard_Sadi_Carnot.aspx

LEIA:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sadi_Carnot

http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/carnot.html

https://www.britannica.com/biography/Sadi-Carnot-French-scientist