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カルノーサイクルは、温度 $T\_H$, $T\_L$ の間で動作する可逆熱サイクルの一種である。一般に、あらゆる可逆熱サイクルは同じ効率を持つ。可逆熱サイクルは最も効率のよいサイクルである。可逆サイクルよりも効率のよい熱サイクルは存在しない。

カルノーサイクルは実際には実現不可能だが、限りなく近いものは作れ、スターリングエンジンはこれに近い。

ニコラ・レオナール・サディ・カルノーが熱機関の研究のために思考実験として1820年代に導入したものである。これによって本格的な熱力学が始まり、熱力学第二法則、エントロピー等の重要な概念が導き出されることになった。

◆ サイクル

次の各過程が準静的(可逆的)に行われるものとする。

・ 1-2 断熱圧縮

・ 2-3 温度 $T\_H$ で $Q\_H$ の熱を等温吸熱、膨張

・ 3-4 断熱膨張

・ 4-1 温度 $T\_L$ で $Q\_L$ の熱を等温放熱、収縮

◆ 理論熱効率

有効仕事 W は

:$W\; =\; Q\_H\; -\; Q\_L\; \backslash$

理想気体による等温膨張において、高温・低温部それぞれの体積変化による仕事量を計算し、その比を取ると、

:$\backslash frac=\; \backslash frac$

が導かれ、理論熱効率 は、

:

となる。

エントロピー変化は、

:$\backslash Delta\; S\_H\; =\; \backslash frac$、$\backslash Delta\; S\_L\; =\; -\backslash frac$

であり、さきの熱効率の関係式から全サイクルでは差し引き0となる。

ただし、Tは絶対温度、Sは気体のエントロピー、Qは熱量、Pは気体の圧力、Vは気体の体積である。

低温熱源が絶対零度ならば、第二種永久機関を作れるように思えるが、実際は様々な理由に依り不可能であることが証明されている(断熱膨張を無限大まで行わねばならないこと、絶対零度に現実に到達することは不可能であること)。

◆関連項目

・逆カルノーサイクル

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・カルノーサイクル page1