Ciclul Carnot



În termodinamică, ciclul Carnot este un ciclu teoretic, propus în 1820 de inginerul francez Nicolas Léonard Sadi Carnot, ciclu destinat comparării randamentului termic al mașinilor termice. Este un ciclu reversibil efectuat de o „mașină Carnot” legată la două surse de căldură de temperaturi diferite („sursa caldă” și „sursa rece”). Folosește ca agent de lucru un gaz ideal prin transformările căruia se obține lucrul mecanic.

Ciclul Carnot este alcătuit doar din transformări reversibile. Două dintre transformări sunt izoterme şi celelalte două sunt adiabate (figura 2−1).
 
Substanţa de lucru (un gaz ideal) primeşte căldură izoterm la temperatura ridicată T₁ şi cedează căldură izoterm la temperatura mai coborâtă T₂.
Două dintre transformări fiind adiabate, este convenabil să calculezi randamentul ciclului pornind de la:

Gazul primeşte căldură în timpul transformării izoterme 1→2:

şi cedează căldură în timpul izotermei 3→4:

Astfel, expresia randamentului ciclului devine:

Temperaturile şi volumele atinse în timpul ciclului nu sunt independente. Din ecuaţia adiabatei 2→3:

iar din ecuaţia adiabatei 4→1:

Rezultă că între volume există relaţia:

Astfel, expresia randamentului ciclului Carnot este:

Randamentul ciclului Carnot depinde doar de temperaturile extreme între care se desfăşoară. Randamentul creşte dacă temperatura maximă este mai mare, iar temperatura minimă este mai mică.
La limită, când temperaturile extreme devin egale, randamentul devine nul!
Aceasta înseamnă că nu poate fi obţinut lucru mecanic printr−un proces ciclic funcţionând la o singură temperatură (proces monoterm). Aşadar, căldura nu poate fi tranformată integral în lucru mecanic!