Karnoova teorema

Sve periodične, reverzibilne toplotne mašine koje rade između dve iste temperature imaju istu efikasnot ili iskorišćenje. To znači da efikasnost toplotne mašine koja radi reverzibilno, ni na koji način ne zavisi od prirode radne supstancije u sistemu ili od načina rada, već zavisi samo od temperatura rezervoara i za date temperature, ovakva mašina ima maksimalnu efikasnot. Teoremu je Karno dokazao negacijom negacije, pokazujući da je suprotno tvrđenje od navedene teoreme nemoguće.

Ciklus koji se sastoji od četiri reveribilna procesa, dva izotermska i dva adijabatska. Radni fluid je 1 mol gasa u idealnom gasnom stanju

Proces 1 → 2Reverzibilno izotermsko širenje od zapremine V1 do V2 na temperaturi T2 izvora gde gas vrši rad (podiže teg) w1 i prima toplotu q2 od izvora.

Proces 2 → 3Reverzibilno adijabatsko širenje od zapremine V2 do V3 gde gas vrši rad w2 (podiže teg) na račun sopstvene unutrašnje energije usled čega se hladi do temperature T1 utoka

Proces 3 → 4Reveribilno izotermsko sabijanje od zapremine V3 do V4 gde sistem prima rad w4 (teg se spušta) na temperaturi hladnijeg utoka T1 i oslobađa toplotu q1

Proces 4 → 1Reverzibilno adijabatsko sabijanje od zapremine V4 do početne V1 gde gas prima rad w4 (teg se spušta) i zagreva se do početne temperature T2 izvora

Proces 1-2 Reverzibilan izotermski rad na višoj temperaturi TH > TL

koji se vrši na račun apsorbovane toplote

Proces 2-3 Reverzibilna adijabatska ekspanzija tokom koje sistem vrši rad pri čemu temperatura radne supstancije opada od TH do TL.

Proces 3-4 Sistem je doveden u kontakt sa toplotnim rezervoarom pri TL < TH i dolazi do reverzibilne izotermske razmene toplote dok se rad sabijanja vrši na sistemu.

Proces 4-1 reverzibilna adijabatska kompresija koji dovodi do porasta temperature radnog fluida od TL do TH

P-V dijagram Karnoovog ciklusa

o Površine ispod krivih predstavlaju granični rad u kvazi-ravnotežnom procesuo Površina ispod krivih 1 → 2 → 3: Rad koji gas vrši tokom eksanzionog dela ciklusa o Površina ispod krivih 3 → 4 → 1: rad koji gas vrši tokom kompresionog dela ciklusao Površina obuhvaćena ciklusom: Predstavlja čist rad izvršen za vreme ciklusa

Obrnut Karnoov ciklus

Obrnut Karnoov ciklus je frižider ili toplotna pumpa

o Termalna efikasnost realnih toplotnih mašina može se povećati apsorbovanjem toplote iz rezervoara na što višoj temperaturi i oslobađanjem toplote na što nižoj temperaturi hladnijeg rezervoara

o Što je temperatura izvora viša to se više termalne energije može transformisati u rad tj. Viši je kvalitet energije.