При нагревании газа часть энергии может теряться на необратимое изменение энтропии. Поэтому, чтобы получить максимальную эффективность, мы можем использовать только обратимый процесс. Обычно теплообмен между горячим резервуаром и объемом газа необратим. Однако, когда температура газа не меняется, тепло передается газу обратимо, и он естественным образом расширяется, совершая полезную работу, например, двигая поршень. Затем мы можем адиабатически — изоэнтропически — охладить газ до температуры холодного резервуара. Затем мы можем опять изотермически отдать некоторое количество тепла газа холодному резервуару и снова адиабатически повысить температуру газа до температуры горячего. Такой цикл, а о нем фантазировал военный ученый Николя Карно в 1824 году, оказывается максимально эффективным и обеспечивает максимальную работу двигателя. Так как все процессы в цикле Карно обратимы, то полное изменение энтропии за цикл равно нулю. С другой стороны, в обратимых процессах изменение энтропии, деленное на температуру, равно количеству переданного тепла. Таким образом, математическая зависимость между температурами резервуаров определяет соотношение выделяемого и поглощаемого количества тепла. Поэтому и эффективность цикла зависит только от их температур. На практике, чтобы обеспечить поток тепла, температура горячего резервуара должна быть бесконечно мало выше температуры газа. Кроме того, чтобы процесс оставался квазистатическим, т.е. обратимым, внешняя сила, приложенная к поршню, также должна быть постепенно уменьшена, поскольку противодействующая ей сила давления газа уменьшается при изотермическом расширении. Эти ограничения делают цикл бесконечно длинным.
Поскольку цикл Карно обратим, мы можем запустить его в обратном направлении, потребляя энергию, а не выполняя работу. В этом случае полезно либо тепло, взятое из холодного резервуара (в холодильнике), либо тепло, отданное горячему (в тепловом насосе).
(0)не-а
(0)