卡諾循環(huán)(Carnot cycle) 是只有兩個熱源（一個高溫?zé)嵩礈囟萒1和一個低溫?zé)嵩礈囟萒2）的簡單循環(huán)。由于工作物質(zhì)只能與兩個熱源交換熱量，所以可逆的卡諾循環(huán)由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。?
卡諾循環(huán)是由法國工程師薩迪·卡諾于1824年提出的，以分析熱機的工作過程，卡諾循環(huán)包括四個步驟： 等溫吸熱，?絕熱膨脹，等溫放熱，絕熱壓縮。即理想氣體從狀態(tài)1（P?，V?，T?）等溫吸熱到狀態(tài)2（P?，V?，T?），再從狀態(tài)2絕熱膨脹到狀態(tài)3（P?，V?，T?），此后，從狀態(tài)3等溫放熱到狀態(tài)4（P?，V?，T?），最后從狀態(tài)4絕熱壓縮回到狀態(tài)1。這種由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所構(gòu)成的循環(huán)稱為卡諾循環(huán)。
簡介
卡諾循環(huán)包括四個步驟：等溫吸熱，在這個過程中系統(tǒng)從高溫?zé)嵩粗形諢崃浚唤^熱膨脹，在這個過程中系統(tǒng)對環(huán)境作功，溫度降低；等溫放熱，在這個過程中系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量，體積壓縮；絕熱壓縮，系統(tǒng)恢復(fù)原來狀態(tài)，在等溫壓縮和絕熱壓縮過程中系統(tǒng)對環(huán)境作負功。卡諾循環(huán)可以想象為是工作于兩個恒溫?zé)嵩粗g的準(zhǔn)靜態(tài)過程，其高溫?zé)嵩吹臏囟葹椋蜏責(zé)嵩吹臏囟葹椤＿@一概念是1824年N.L.S.薩迪·卡諾在對熱機的最大可能效?率問題作理論研究時提出的。卡諾假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的等溫吸熱過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫放熱過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。作卡諾循環(huán)的熱機叫做卡諾熱機。廣義的卡諾循環(huán)包括兩個等溫變化和兩個任意的可逆循環(huán)，他們之間的熱效率是一致的。
原理
卡諾循環(huán)的效率ηc=1-T2/T1，由此可以看出，卡諾循環(huán)的效率只與兩個熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)。如果高溫?zé)嵩吹臏囟萒1愈高，低溫?zé)嵩吹臏囟萒2愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。因為不能獲得T1→∞的高溫?zé)嵩椿騎2=0K（-273℃）的低溫?zé)嵩矗裕ㄖZ循環(huán)的效率必定小于1。
可以證明，以任何工作物質(zhì)作卡諾循環(huán)，其效率都一致；還可以證明，所有實際循環(huán)的效率都低于同樣條件下卡諾循環(huán)的效率，也就是說，如果高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟却_定之后卡諾循環(huán)的效率是在它們之間工作的一切熱機的最高效率界限。因此，提高熱機的效率，應(yīng)努力提高高溫?zé)嵩吹臏囟群徒档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟龋蜏責(zé)嵩赐ǔＪ侵車h(huán)境，降低環(huán)境的溫度難度大、成本高，是不足取的辦法。現(xiàn)代熱電廠盡量提高水蒸氣的溫度，使用過熱蒸汽推動汽輪機，正是基于這個道理。提高熱機效率的方向
卡諾定理闡明了熱機效率的限制，指出了提高熱機效率的方向（提高T1，降低T2，減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環(huán)盡量接近卡諾循環(huán)）。成為熱機研究的理論依據(jù)、熱機效率的限制。實際熱力學(xué)過程的不可逆性及其間聯(lián)系的研究，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建立。在卡諾定理基礎(chǔ)上建立的與測溫物質(zhì)及測溫屬性無關(guān)的絕對熱力學(xué)溫標(biāo)，使溫度測量建立在客觀的基礎(chǔ)之上。此外，應(yīng)用卡諾循環(huán)和卡諾定理，還可以研究表面張力、飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系及可逆電池的電動勢等。還應(yīng)強調(diào)，薩迪·卡諾這種撇開具體裝置和具體工作物質(zhì)的抽象而普遍的理論研究，已經(jīng)貫穿在整個熱力學(xué)的研究之中
有關(guān)公式
由兩個定溫過程和兩個絕熱過程（見熱力過程）所組成的可逆的熱力循環(huán)。卡諾循環(huán)是19世紀法國工程師S.卡諾提出的，因而得名。卡諾循環(huán)分正、逆兩種。在壓-容(p-V)圖和溫-(T-S)圖中（見圖）,ɑ-b-c-d-ɑ為正卡諾循環(huán)，ɑ-b為可逆定溫吸熱過程，工質(zhì)在溫度下從相同溫度的高溫?zé)嵩次霟崃浚籦-c為可逆絕熱過程，工質(zhì)溫度自降為；c-d為可逆定溫放熱過程，工質(zhì)在溫度下向相同溫度的低溫?zé)嵩磁欧艧崃浚籨-ɑ為可逆絕熱過程，工質(zhì)溫度自升高到，完成一個可逆循環(huán)，對外作出凈功W。逆卡諾循環(huán)與上述正向循環(huán)反向，沿ɑ-d-c-b-ɑ方向，因而是工質(zhì)從低溫?zé)嵩次氲臒崃?通稱制冷量),是工質(zhì)排放給高溫?zé)嵩吹臒崃?W是完成逆向循環(huán)所需的外界輸入的凈功。
正卡諾循環(huán)的熱經(jīng)濟指標(biāo)用卡諾循環(huán)熱效率ηt表示
逆薩迪·卡諾循環(huán)的熱經(jīng)濟指標(biāo)用卡諾制冷系數(shù)ε表示
或用卡諾供暖系數(shù)ε′表示
根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在相同的高、低溫?zé)嵩礈囟扰c之間工作的一切循環(huán)中，以卡諾循環(huán)的熱效率為最高，稱為卡諾定理。卡諾循環(huán)具有極為重要的理論和實際意義。雖然，完全按照卡諾循環(huán)工作的裝置是難以實現(xiàn)的，但是卡諾循環(huán)卻為提高各種循環(huán)熱效率指明了方向和給出了極限值。
創(chuàng)建背景
19世紀初，蒸汽機在工業(yè)、交通運輸中的作用越來越重要，但關(guān)于控制蒸汽機把熱轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械運動的各種因素的理論卻未形成。法國軍事工程師薩迪?卡諾（S．?Carnot，1796—1832）于1824年出版了《關(guān)于火的動力的思考》一書，總結(jié)了他早期的研究成果。薩迪·卡諾以找出熱機不完善性的原因作為研究的出發(fā)點，闡明從熱機中獲得動力的條件就能夠改進熱機的效率。卡諾分析了蒸汽機的基本結(jié)構(gòu)和工作過程，撇開一切次要因素，由理想循環(huán)入手，以普遍理論的形式，作出關(guān)于消耗熱而得到機械功的結(jié)論。他指出，熱機必須在高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作，“凡是有溫度差的地方就能夠產(chǎn)生動力；反之，凡能夠消耗這個力的地方就能夠形成溫度差，就可能破壞熱質(zhì)的平衡。”他構(gòu)造了在加熱器與冷凝器之間的一個理想循環(huán)：汽缸與加熱器相連，汽缸內(nèi)的工作物質(zhì)水和飽和蒸汽就與加熱器的溫度相同，汽缸內(nèi)的蒸汽如此緩慢地膨脹著，以致在整個過程中，蒸汽和水都處于熱平衡。然后使汽缸與加熱器隔絕，蒸汽絕熱膨脹到溫度降至與冷凝器的溫度相同為止。然后活塞緩慢壓縮蒸汽，經(jīng)過一段時間后汽缸與冷凝器脫離，作絕熱壓縮直到回復(fù)原來的狀態(tài)。這是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的循環(huán)，即后來所稱的“卡諾循環(huán)”。
薩迪·卡諾根據(jù)熱質(zhì)守恒思想和永動機不可能制成的原理，進一步證明了在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切實際熱機，其效率都不會大于在同樣的熱源之間工作的可逆卡諾熱機的效率。卡諾由此推斷：理想的可逆卡諾熱機的效率有一個極大值，這個極大值僅由加熱器和冷凝器的溫度決定，一切實際熱機的效率都低于這個極值。
意義
薩迪·卡諾的研究具有多方面的意義。他的工作為提高熱機效率指明了方向；他的結(jié)論已經(jīng)包含了熱力學(xué)第二定律的基本思想，只是熱質(zhì)觀念的阻礙，他未能完全探究到問題的最終答案。由于卡諾英年早逝，他的工作很快被人遺忘。后來，由于法國工程師克拉珀瓏（B．P．E．Clapeyron，1799—1864）在1834?年的重新研究和發(fā)展，卡諾的理論才為人們所注意。克拉珀瓏將卡諾循環(huán)在一種“壓（力）-容（積）圖”上表示出來，并證明卡諾熱機在一次循環(huán)中所做的功，其數(shù)值恰好等于循環(huán)曲線所圍的面積。克拉珀瓏的工作為卡諾理論的進一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。
參考資料 >