卡諾循環是一種隻有兩個熱源(高溫熱源溫度T1,低溫熱源溫度T2)的簡單循環。由于工作物質隻能與兩個熱源交換熱量,所以可逆的卡諾循環由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。下圖表示了完成正向卡諾循環的熱機中能量轉換情況及其p-V圖。
可逆的卡諾循環由四個過程組成:由狀态A到B的等溫膨脹過程(吸熱Q1和對外做功WAB);由狀态C到D等溫壓縮過程(放熱Q2和對外做功WCD);由狀态B到C的絕熱膨脹過程(系統對外做功WBC);由狀态D到A的絕熱壓縮過程(外界對系統做功WDA)。顯然,按上列四步完成的正向卡諾循環對外界所作的淨機械功為W=WAB WBC-|WCD|-|WDA|。顯然數值等于在p-V圖上循環曲線ABCDA所包圍的面積。應用熱力學第一定律可求得,以理想氣體為工作物質的正向卡諾循環的效率為:η=W/Q1=1-(│Q2│/Q1)=1-(T2/T1)由上式可知,改變相同的溫度數值,低溫熱源對熱機效率的影響比高溫熱源的要大。由于式中未包含任何與理想氣體性質有關的量,僅是兩熱源溫度的函數,故可認為此式應是一個普遍成立的公式,與工質性質和做功的數值無關。卡諾熱機的這一性質構成了卡諾定理的第一個内容:相同的高溫熱源(溫度T1)和低溫熱源(溫度T2)間工作的一切可逆熱機,無論用什麼工質其效率都相等。卡諾定理的第二個内容說:相同的高溫熱源(溫度T1)和低溫熱源(溫度T2)間工作的一切不可逆熱機的效率,不大于可逆機的效率。
卡諾循環
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