Carnotsyklin

Carnotsyklin är en teoretisk termodynamisk cykel som introducerades av Sadi Carnot 1824. Den används för att definiera den högsta möjliga effektiviteten hos ett värmeverk som verkar mellan två värmereservoirer. Cykeln är viktig inom termodynamiken som en ideal standard för vad som kan uppnås av en värmekraftmaskin mellan högre och lägre temperaturer.

Cykeln består av fyra steg: först isoterm expansion vid den heta temperaturen Th där värme Qh tas upp från värme-reservoaren; därefter en adiabatisk expansion där gasen utvidgas utan värmeutbyte och temperaturen faller till Tc; sedan isoterm kompression vid den kalla temperaturen Tc där värme Qc avges till reservoaren; slutligen en adiabatisk compression som höjer temperaturen tillbaka till Th, så att cykeln kan upprepas.

Den ideala effektiviteten hos en Carnotcykel är eta = 1 − Tc/Th, där Tc och Th är de absoluta temperaturerna hos de två reservoarerna. Cykeln är reversibel och varje process sker quasi-statiskt med nästan ingen friktion eller andra irreversibiliteter. Denna principiella idealisering används som referens när man bedömer verkliga maskiner.

Carnots teorem säger att inget maskineri som arbetar mellan två värmereservoirer kan vara mer effektivt än en Carnotcykel. Detta ger en universell övre gräns för effektivitet och förklarar varför verkliga maskiner kräver irreversibiliteter för att fungera. Teorin är central för andra lagen i termodynamik och kopplar temperaturgränser till energikonvertering. I praktiken används Carnotscykeln som ett teoretiskt referensvärde snarare än som en beskriven maskin.