O círculo da imagem representa um sistema que evolui através de ciclos termodinâmicos.

Um ciclo termodinâmico se constitui de qualquer série de processos termodinâmicos tais que, ao transcurso de todos eles, o sistema regresse a seu estado inicial é um ciclo termodinâmico; ou seja, que a variação das grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula.

Não obstante, a variáveis como o calor ou o trabalho não é aplicável a anteriormente dito já que estas não são funções de estado do sistema, senão transferências de energia entre este e seu entorno. Um fato característico dos ciclos termodinêmicos é que a lei da conservação de energia dita que: a soma de calor e trabalho recebidos pelo sistema deve ser igual à soma de calor e trabalho realizados pelo sistema.

Ciclo de Carnot - Analogia prática

Seja uma máquina térmica primitiva e pouco prática conforme Figura 01: um cilindro com paredes laterais de material perfeitamente isolante com um êmbolo também isolante perfeito. O fundo do cilindro é de material perfeitamente condutor de calor e de massa desprezível. E, naturalmente, uma determinada massa de um gás ideal no interior.

Nessas condições, o gás só pode trocar calor através do fundo do cilindro.

Figura 01

Supõe-se ainda que há 3 discos móveis que podem ser postos em contato com o fundo do cilindro:

• um disco fonte quente com temperatura T_Q.
• um disco fonte fria com temperatura T_F.
• um disco isolante térmico perfeito.

Inicialmente o gás tem um volume específico v₁, como em (1) da Figura 01. Se é usado o disco quente, ele se expande isotermicamente.

Ao atingir o volume específico v₂ de (2) da figura, retira-se o disco quente e coloca-se o disco isolante.

Assim, a expansão continua, desta vez de forma adiabática, até atingir um volume específico v₃, como em (3) da figura. Nesse ponto, coloca-se o disco frio e o gás deverá sofrer uma contração isotérmica.

Em (4) da figura o gás atinge o volume específico v₄, quando se insere o disco isolante e a contração deverá continuar de forma adiabática até o volume inicial v₁, reiniciando o ciclo. Há, portanto, seqüências alternadas de transformações isotérmicas e adiabáticas. E o movimento do pistão produz um trabalho.

Uma máquina que opera nessas condições usa ciclo de Carnot, que é considerado o ciclo básico da Termodinâmica por ser o mais eficiente. É também é perfeitamente reversível, isto é, se trabalho for fornecido, ele funciona como bomba de calor ou refrigerador. Mais detalhes são vistos nos próximos tópicos.

Notar, entretanto, que o ciclo de Carnot é uma operação ideal, não pode ser usado em máquinas práticas. Um processo real, para ser próximo do isotérmico, precisaria ser tão lento que o seu uso seria inviável.

Ciclo de Otto

O Ciclo de Otto é um ciclo termodinâmico, que idealiza o funcionamento de motores de combustão interna de ignição por centelha. Foi definido por Beau de Rochas e implementado com sucesso pelo engenheiro alemão Nikolaus Otto em 1876, e posteriormente por Étienne Lenoir e Rudolf Diesel.

Motores baseados neste ciclo equipam a maioria dos automóveis de passeio atualmente. Para esta aplicação, é possível construir motores a quatro tempos mais eficientes e menos poluentes em comparação aos motores a dois tempos, apesar do maior número de partes móveis, maior complexidade, peso e volume, comparando motores de mesma potência.