Карно цикл, обратимый круговой процесс, в котором совершается превращение теплоты в работу (или работы в теплоту). Карно цикл состоит из последовательно чередующихся двух изотермических и двух адиабатных процессов. Впервые рассмотрен французским учёным Н. Л. С. Карно (1824) как идеальный рабочий цикл теплового двигателя. Превращение теплоты в работу сопровождается переносом рабочим телом двигателя определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику).
Карно цикл осуществляется следующим образом: рабочее тело (например, пар в цилиндре под поршнем) при температуре T1 приводится в соприкосновение с нагревателем, имеющим постоянную температуру T1, и изотермически получает от него количество теплоты dQ1 (при этом пар расширяется и совершает работу). На рис. 1 этот процесс изображен отрезком изотермы AB. Затем рабочее тело, расширяясь адиабатически (по адиабате B C ), охлаждается до температуры T2. При этой температуре, сжимаясь изотермически (отрезок CD), рабочее тело отдаёт количество теплоты dQ2 холодильнику с температурой T2. Завершается Карно цикл адиабатным процессом (DA на рис. 1), возвращающим рабочее тело в исходное термодинамическое состояние. При постоянной разности температур (T1 - T2) между нагревателем и холодильником рабочее тело совершает за один Карно цикл работу
Карно цикл обратим, и его можно осуществить в обратной последовательности (в направлении ADCBA). При этом количество теплоты dQ2 отбирается у холодильника и вместе с затраченной работой dА (превращенной в теплоту) передаётся нагревателю. Тепловой двигатель работает в этом режиме как идеальная холодильная машина.
Карно цикл имеет наивысший кпд h =dA/dQ1 = (T1 - T2)/T1 среди всех возможных циклов, осуществляемых в одном и том же температурном интервале (T1 - T2). В этом смысле кпд Карно цикл служит мерой эффективности др. рабочих циклов.
Исторически Карно цикл сыграл важную роль в развитии термодинамики и теплотехники. С его помощью была доказана эквивалентность формулировок Р. Клаузиуса и У. Томсона (Кельвина) второго начала термодинамики , Карно цикл был использован для определения абсолютной термодинамической шкалы температур (см. Температурные шкалы ), Карно цикл часто использовался также для вывода различных термодинамических соотношений (например, Клапейрона - Клаузиуса уравнения ).
Лит.: Ферми Э., Термодинамика, пер. с англ., Хар.. 1969; Путилов К. А., Термодинамика, М., 1971.
B C). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA)." href="/a_pictures/18/10/213690074.jpg">B C). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA)."http://boron.atomistry.com/">B C). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA)." src="a_pictures/18/10/th_213690074.jpg">
Рис. 2. Схема работы идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно: 1. От нагревателя Н поступает теплота dQ1, газ под поршнем изотермически расширяется (по линии AB, рис. 1). 2. Газ изолирован от нагревателя и холодильника и адиабатически расширяется (по линии B C). 3. Газ изотермически (при Т = Т2) сжимается (по линии CD) и отдаёт теплоту dQ2 холодильнику X. 4. Газ изолирован и адиабатически сжимается (по линии DA).
V (давление - объём). dQ1 - количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 - количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно." href="/a_pictures/18/10/247566141.jpg">V (давление - объём). dQ1 - количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 - количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно." src="a_pictures/18/10/th_247566141.jpg">
Рис. 1. Цикл Карно на диаграмме р - V (давление - объём). dQ1 - количество теплоты, получаемой рабочим телом от нагревателя, dQ2 - количество теплоты, отдаваемой им холодильнику. Площадь ABCD численно равна работе цикла Карно.