Carnot ciklas

Carnot ciklo pV diagrama: p – darbinės medžiagos slėgis, V – tūris

Carnot ciklas (Karnò cklas), idealus uždarasis termodinaminis vyksmas, susidedantis iš 2 grįžtamųjų izoterminių ir 2 grįžtamųjų adiabatinių vyksmų. Carnot ciklą naudojanti šiluminė mašina vadinama Carnot mašina. Joje Carnot ciklas vyksta taip: per izoterminį vyksmą AB iš šilumos šaltinio (įkaitusio kūno), kurio termodinaminė temperatūra T₁ (kaitintuvo), paimamas šilumos kiekis Q₁; darbinė medžiaga (pavyzdžiui, idealiosios dujos) toliau plečiasi adiabatiniu vyksmu BC, o per izoterminį vyksmą CD šilumos šaltiniui, kurio termodinaminė temperatūra T₂ < T₁ (aušintuvui), atiduodamas šilumos kiekis Q₂; per adiabatinį vyksmą DA darbinė medžiaga grąžinama į pradinę termodinaminę būseną. Per Carnot ciklą atliktas darbas A = Q₁ – Q₂. Visų Carnot mašinų, naudojančių tuos pačius kaitintuvą ir aušintuvą, naudingumo koeficientai nepriklauso nuo darbinės medžiagos ir yra vienodi (pirmoji Carnot teorema): η_C = $\frac{A}{Q_1}$ = 1 – $\frac{T_2}{T_1}$. Bet kurios negrįžtamosios šiluminės mašinos, kurios kaitintuvo ir aušintuvo temperatūros tokios pat kaip ir Carnot mašinos, naudingumo koeficientas η_negr < η_C (antroji Carnot teorema).

Įrenginys, naudojantis atvirkštinį Carnot ciklą, t. y. vykstantį priešinga kryptimi, atlieka darbą ir iš žemesnės temperatūros kūno paimdamas šilumos kiekį Q₂ šiltesniajam atiduoda šilumos kiekį Q₁. Šiltesniajam kūnui toks įrenginys yra šilumos kaupiklis, o jo naudingumo koeficientas η_k = $\frac{Q_1}{A}$ = $\frac{1}{{\eta }_C}$; žemesnės temperatūros kūnui – tai šaldytuvas, kurio naudingumo koeficientas η_Š = $\frac{Q_2}{A}$ = $\frac{1}{{\eta }_C}$ – 1. Carnot ciklu remiamasi darant kai kurias termodinamikos išvadas, pvz., įrodant antrojo termodinamikos dėsnio R. J. E. Clausijaus ir W. Thomsono formuluočių ekvivalentumą, nusakant termodinaminės temperatūros skalę, teoriškai nustatant periodiškai dirbančių šiluminių mašinų naudingumo koeficientą.

Carnot ciklą pirmasis 1824 išnagrinėjo N. L. S. Carnot.

2469