Среди многих циклических процессов особо выделяется один — цикл Карно. Цикл Карно — четырёхтактный цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат и имеющий максимально возможное КПД при заданных температурах нагревателя и холодильника (рис. 1).
Внешний вид изотермического и адиабатического процессов по сути одинаковы. Однако адиабаты идут несколько «круче». Рассмотрим данный циклический процесс по частям. Процесс 1-2 — адиабатическое сжатие, 2-3 — изотермическое расширение, 3-4 — адиабатическое расширение, 4-1 — изотермическое сжатие.
Цикл Карно в школьных задачах вводится фразами «идеальный цикл», цикл Карно», «цикл с максимальным КПД» или «идеальная машина». В любом случае, эти слова намекают на рассмотрение процесса через классическую тепловую машину (рис. 2).
В случае, если рассматривать цикл Карно в качестве обычного цикла, тогда его КПД можно рассчитать как:
(1)
- где
- — КПД цикла Карно (и любого другого),
- — работа газа,
- — тепло, полученное от нагревателя,
- — тепло, отданное холодильнику.
Если ввести температуры нагревателя () и холодильника () и считать, что в рамках процесса они не меняются, можно ввести КПД цикла Карно, характеризующее саму машину:
(2)
- где
- — КПД цикла Карно,
- — температура нагревателя,
- — температура холодильника.
Вывод: задачи на цикл Карно чаще всего связаны с поиском КПД. Для цикла можно использовать как соотношение (1) (в случае, если даны энергетические параметры), так и соотношение (2) (в случае, если даны температуры).