چرخه کارنو

در ترمودینامیک، چرخهٔ کارنو ( به انگلیسی: Carnot cycle ) یک چرخهٔ ترمودینامیکی بازگشت پذیر است که توسط سعدی کارنو در ۱۸۲۴ معرفی شد. چرخهٔ کارنو چرخه ای است که بیشترین کارایی را دارد.
سعدی کارنو در سال ۱۸۲۴ در مقاله ای با عنوان «اندیشه هایی درباره قدرت محرکه گرما» بیان کرد که:
این سامانه شامل ماده ای است که انتقال گرما را به عهده دارد ( ماده کاری ) و از چهار فرآیند بازگشت پذیر تشکیل شده، شامل دو فرایند هم دما و دو فرایند بی دررو است:
• فرایند هم دما: گاز در مسیر AB در دمای ثابت TH گرمای QH را از چشمه گرم می گیرد و به طور هم دما منبسط می شود.
• فرایند بی دررو: در مسیر BC ماده کاری به طور بی دررو سرد می شود و به دمای TC می رسد.
• فرایند هم دما:در مسیر CD، گاز کامل به طور هم دما در دمای ثابت TC و با دادن گرمای QC به چشمه سرد متراکم می شود.
• فرایند بی دررو:در مسیر DA نیز ماده کاری به طور بی دررو متراکم می شود و دمایش به TH می رسد.
کارایی در ماشین های گرمای از رابطه زیر به دست می آید:
که در آن W کاری است که سیستم انجام می دهد و QH گرمای داده شده به سیستم است.
در چرخه کارنو کاری که سیستم انجام می دهد از:
و گرمای داده شده به سیستم از
بدست می آید. و از این دو کارایی چرخه η بدست می آید:
که در آن TH دمای چشمه گرم و TC دمای چشمه سرد است.
یعنی برای دست یابی به حداکثر بازده ممکن، دمای TC باید صفر مطلق باشد. به عبارت دیگر تنها هنگامی که منبع سرد در صفر مطلق قرار گیرد، تمامی گرمای جذب شده از منبع گرم به کار تبدیل خواهد شد.