Cykl Carnota

 Niedawno mówiliśmy o silnikach cieplnych. Warto w tym kontekście wspomnieć o tak zwanym cyklu Carnota. Jest to obieg termodynamiczny, który składa się z dwóch przemian izotermicznych oraz dwóch przemian adiabatycznych. W cyklu tym potrzebny jest tak zwany czynnik termodynamiczny. Musi to być czynnik, nad którym można wykonywać pracę i który może wykonywać pracę.

Przykładowo może to być gaz umieszczony w naczyniu z tłokiem oraz dwa źródła (nieograniczone) ciepła. Jedno z nich jest źródłem ciepła, a drugie chłodnicą. Odpowiednio jest to górne źródło ciepła obiegu i dolne źródło ciepła obiegu. Cykl Carnota składa się z czterech następujących po sobie procesów: rozprężenie izotermiczne, rozprężenie adiabatyczne, sprężenie izotermiczne i sprężenie adiabatyczne. W wyniku tych procesów czynnik roboczy wraca do pierwotnego stanu. Dlatego też mówimy, że jest to cykl zamknięty. W czasie cyklu siły zewnętrzne wykonują pracę nad układem (procesy sprężania), a następnie układ wykonuje pracę (procesy rozprężania).

Wzór opisujący cykl pokazuje, że sprawność układu nie zależy od czynnika roboczego aj jedynie od temperatury chłodnicy oraz źródła ciepła. Często sprawność silników termodynamicznych wyrażana jest w odniesieniu do omawianego cyklu Carnota, który z kolei określa się, jako silnik idealny. Sam proces (cykl) jest odwracalny. W przypadku jego odwrócenia mamy do czynienia z tak zwaną pompą ciepła. Układ przekazuje energię od ciała o wyższej temperaturze do ciała o temperaturze niższej. Pompy ciepła istniejące w rzeczywistości mają sprawność niższą od cyklu Carnota.