카르노사이클(Carnot cycle)

1 카르노사이클 개요
 1) 정의
  - 이론적인 사이클로 가장 이상적인 효율의 사이클. 열효율을 최대로 얻을 수 있는 사이클.
    * 현실적으론 구현할 수 없는 열기관의 사이클임.

    * 다른 사이클과의 비교 표준모델로만 사용됨.
 2) 사이클의 특징
  - 카르노는 2개의 등온변화와, 2개의 단열변화를 포함한다.
  - 고열원의 온도 T1(등온팽창할 때의 절대온도)이 커질수록, 저열원의 온도 T2(등온압축할 때의 절대온도)가 낮을수록 열효율이 커진다.
  - 실제 기관에서는 마찰 및 열전도 때문에 완전하게 단열변화나 등온변화를 실현시킬 수 없다.

  - 열을 완전하게(효율 100%) 일로 변환하는 과정이므로 카르노 사이클은 이론으로만 활용된다. 열역학 제2법칙에 의해 열을 모두 일로 변환시키는 것은 불가능하다.

2 카르노사이클 거동
 1) 사이클 거동

카르노사이클 그래프

  - 등온팽창 (1→2) : 고온로 유지되는 고열원에서 작동유체(기체)가 열과 엔트로피를 흡수한다. 이 과정에서 작동 유체는 주위에 일을 한다.
  - 단열팽창 (2→3) : 열의 출입이 없으므로, 내부에너지를 써서 외부에는 계속 일을 하고, 그 과정에서 작동 유체의 온도가 Tmax에서 Tmin으로 낮아진다.
  - 등온압축 (3→4): 저온 Tmin로 유지되는 저열원으로 작동 유체가 열과 엔트로피를 방출한다. 이 과정에서 계가 외부로부터 일을 받는다. 방출된 엔트로피의 양은 (1→2) 과정에서 흡수한 엔트로피의 양과 같다.
  - 단열압축 (4→1): 열의 출입이 없는데, 외부에서 계속 일을 받으므로 내부에너지가 증가하며, 그 과정에서 작동 유체의 온도가 원래의 온도 Tmax로 올라간다.

 2) 사이클의 효율