カルノー・サイクル（読み）かるのーさいくる（英語表記）Carnot's cycle

日本大百科全書(ニッポニカ)

カルノー・サイクル
かるのーさいくる
Carnot's cycle

フランスのN・L・S・カルノーが考案した可逆サイクル。物体（あるいは物体系）が温度、圧力、体積などで決められる熱力学的な一つの状態から出発し、ある道筋を通ってふたたび初めの状態に戻る過程をサイクルという。サイクルには可逆サイクルと不可逆サイクルとがあるが、実際に行いうるサイクルはすべて不可逆サイクルである。カルノー・サイクルは次の四つの段階からなるサイクルである。(1)高熱源に接して、等温的に状態Aから状態Bへ移る。(2)断熱的に状態Bから状態Cへ移る。(3)低熱源に接して、等温的に状態Cから状態Dへ移る。(4)断熱的に状態Dから状態Aへ移る。ここで等温とは、作業体（サイクルを行う物体）の温度が一定に保たれることであり、断熱とは、作業体への外部からの熱量の出入りがないことである。

　現実の動力機関では、摩擦や熱の伝導があって、完全な断熱変化や等温変化はありえない。したがって、実際には、カルノー・サイクルは成立しないが、変化がすべて可逆的に、すなわち摩擦や熱の伝導なしに行われるようなカルノー・サイクルは、サイクルの理想像としてきわめて大きな意味をもっている。カルノー・サイクルは、圧力pを縦軸に、体積Vを横軸にとったとき、図のように、道筋A→B→C→D→Aで表される。A→Bでは高熱源から熱量Q₂が吸収され、C→Dでは低熱源へ熱量Q₁が放出される。熱力学第一法則により、この差
　　Q₂－Q₁＝W＞0
だけの仕事が外部へなされる。η＝W/Q₂は効率であるが、このようなカルノー・サイクルでは、η＝(T₂－T₁)/T₂であることが理論的に示される。ただし、T₂、T₁は、それぞれ高熱源および低熱源の絶対温度である。

［沢田正三］

[参照項目] | カルノー | 効率 | 断熱変化

カルノー・サイクルのp‐V線図〔図〕

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

カルノーサイクル
Carnot cycle

S.カルノーが提唱した熱機関の可逆的なサイクルで，4つの準静的過程，つまり等温膨張 (図の曲線I) ，断熱膨張 (II) ，等温圧縮 (III) ，断熱圧縮 (IV) から成る。熱力学では作業物質として理想気体を用いることが多い。図で，I，IIIは等温線で pv＝一定 ，II，IVは断熱線で pv^γ＝一定 である。ただし，p は圧力，v は体積，γは定圧比熱と定積比熱との比を表わす。等温線Iの絶対温度を T₁ ，吸収する熱量を Q₁ とし，等温線 IIIの絶対温度を T₂ ，放出する熱量を Q₂ とすると，Q₁/T₁＝Q₂/T₂ が成り立つ。熱量 Q と絶対温度 T との比は換算熱量と呼ばれる。このサイクルで外に対してする仕事 W は，熱力学第一法則によって W＝Q₁－Q₂ であるから，このサイクルを使ったカルノーの熱機関の熱効率 η は，η＝(Q₁－Q₂)/Q₁＝1－T₂/T₁ で与えられ，ηは1より小さい。カルノーサイクルとカルノーの定理を用いると，温度が T₁ ，T₂ の2つの熱源の間で働く一般の熱機関の効率は 1－T₂/T₁ をこすことができないとの結論が導かれる。ただし，可逆機関ではすべて 1－T₂/T₁ になる。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典