КАРНО́ ЦИКЛ

КАРНО́ ЦИКЛ, об­ра­ти­мый кру­го­вой тер­мо­ди­на­мич. цикл, со­стоя­щий из двух изо­тер­мич. и двух адиа­ба­тич. про­цес­сов. Впер­вые рас­смот­рен Н. Л. С. Кар­но в 1824 как иде­аль­ный ра­бо­чий цикл те­п­ло­во­го дви­га­те­ля, со­вер­шаю­ще­го ра­бо­ту за счёт те­п­ло­ты, под­во­ди­мой к ра­бо­че­му те­лу в изо­тер­мич. про­цес­се.

Цикл Карно для идеального газа на диаграмме состояния в координатах p–V (давление – объём).

Гра­фи­че­ски в ко­ор­ди­на­тах $p-V$ (дав­ле­ние – объ­ём) К. ц. для иде­аль­но­го га­за изо­бра­жён на ри­сун­ке. Ра­бо­чее те­ло при­во­дят в те­п­ло­вой кон­такт с на­гре­ва­те­лем (с аб­со­лют­ной темп-рой $T_1$), от ко­то­ро­го оно по­лу­ча­ет ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты $\delta Q_1$, при этом оно изо­тер­ми­че­ски рас­ши­ря­ет­ся, со­вер­шая ра­бо­ту (кри­вая $AB$). Адиа­ба­ти­че­ски рас­ши­ря­ясь (кри­вая $BC$), ра­бо­чее те­ло ох­ла­ж­да­ет­ся до темп-ры $T_2$. За­тем ра­бо­чее те­ло при­во­дят в те­п­ло­вой кон­такт с хо­ло­диль­ни­ком (с темп-рой $T_2 \lt T_1$) и изо­тер­ми­че­ски сжи­ма­ют, при этом оно от­да­ёт хо­ло­диль­ни­ку ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты $\delta Q_2$ (кри­вая $CD$). За­вер­ша­ет К. ц. адиа­ба­тич. сжа­тие ра­бо­че­го те­ла (кри­вая $DA$), воз­вра­щаю­щее его в ис­ход­ное тер­мо­ди­на­мич. со­стоя­ние. По­сколь­ку внутр. энер­гия ра­бо­че­го те­ла не из­ме­ня­ет­ся, про­из­ве­дён­ная ра­бо­та со­от­вет­ст­ву­ет раз­но­сти $\delta Q_1 - \delta Q_2$. Эта ра­бо­та чис­лен­но рав­на пло­ща­ди фи­гу­ры $ABCD$, ог­рани­чен­ной кривыми изо­терм и адиа­бат, изо­бра­жаю­щих К. ц. на диа­грам­ме со­стоя­ния. Пре­вра­ще­ние те­п­ло­ты в ра­бо­ту со­про­во­ж­да­ет­ся пе­ре­но­сом оп­ре­де­лён­но­го ко­ли­че­ст­ва те­п­ло­ты от на­гре­ва­те­ля к хо­ло­диль­ни­ку.

К. ц. об­ра­тим, и его мож­но осу­ще­ст­в­лять в об­рат­ной по­сле­до­ва­тель­но­сти (т. н. об­рат­ный К. ц.). При этом часть те­п­ло­ты пе­ре­да­ёт­ся от хо­ло­диль­ни­ка к на­гре­ва­те­лю за счёт со­вер­шае­мой в цик­ле ра­бо­ты.

К. ц. име­ет макс. кпд сре­ди всех воз­мож­ных тер­мо­ди­на­мич. цик­лов, осу­ще­ст­в­ляе­мых в од­ном и том же ин­тер­ва­ле тем­пе­ра­тур $T_1-T_2$ (см. Кар­но тео­ре­ма в тер­мо­ди­на­ми­ке).