カルノーサイクルとは何ですか？

カルノーサイクルは、完全な熱機関を表す理想的な熱力学サイクルです。 すべての実際の熱機関は、カルノーサイクルによって具現化された理論的な完全性の不完全な近似です。 カルノーサイクルでは、すべての熱エネルギーが機械的仕事に変換されるわけではありませんが、大部分は物理法則で許される最大の部分です。

熱機関は、2つの貯水池の温度差から仕事を生み出します。 燃焼エンジンでは、1つのリザーバーはエンジン内部で発生する熱（ ソース ）であり、もう1つのリザーバーは外部環境（ シンク ）です。 発生源によって発生した熱により、シリンダー内のガスが膨張し、作動するピストンが駆動されます。 ガスの熱力学的状態-膨張しますが、一定の温度-は等温と呼ばれます。

最終的に熱源が取り除かれ、ガスは急速に膨張しなくなります。 熱が継続的に維持されると、シリンダーが爆発します。 ガスは最大体積に達すると温度が下がり始め、ピストンに作用しなくなります。 これは、気体の断熱膨張と呼ばれます。 次に、ピストンはコースを反転し、ガスを圧縮します。ピストンは、ピストンに含まれる熱によって最大温度と物理抵抗に到達し始め、システムを開始状態に戻します。 その後、サイクルが再び始まります。

熱機関にはさまざまな種類があります。 すべては、ソースとシンクの間の使い慣れた温度勾配で動作します。 熱機関の効率を最大化するには、熱機関を十分に断熱する必要があります。 現在使用されているほとんどのエンジンでは、ガスはサイクル全体を通してガスのままですが、蒸気エンジンでは、液体とガスの間で相変化が発生します。

完璧なカルノーサイクルでは、4つのステップすべてが非常にゆっくり行われ、プロセスによって生じるエントロピーまたは熱力学的不可逆性を最小限に抑えます。 実際には、ステップは迅速に進行し、エントロピーが生成されます。つまり、サイクルは永遠に続くことはできません。 シリンダーの壁が劣化し、エンジンの内部からの熱が外部環境に失われるなど。 カルノーサイクルを逆に実行して冷蔵庫を作成できます。