Կառնոյի ցիկլ

Կառնոյի ցիկլ, դարձելի շրջանային պրոցես (ցիկլ), որի ընթացքում ջերմությունը փոխակերպվում է աշխատանքի (կամ հակառակը), կազմված է երկու իզոթերմ պրոցեսից և երկու ադիաբատ պրոցեսից։ Առաջինը դիտարկել է Ն. Լ. Ս. Կառնոն 1824 թվականին՝ իբրև ջերմային շարժիչի իդեալական աշխատանքային ցիկլ։ Ջերմության փոխակերպումը աշխատանքի ուղեկցվում է ջերմության որոշակի քանակի փոխանցումով (շարժիչի բանող մարմնի միջոցով) առավել տաք մարմնից (ջեռուցիչ) պակաս տաք մարմնին (սառնարան)։ Կառնոյի ցիկլը 
  
    
      
        p
        −
        V
      
    
    {\displaystyle p-V}
   (ճնշում-ծավալ) փոփոխականների դեպքում պատկերված է նկարում։ Ցիկլի ընթացքը հետևյալն է. 
  
    
      
        A
        →
        B
      
    
    {\displaystyle A\rightarrow B}
   պրոցեսում բանող մարմինը (գազ, գոլորշի և այլն) ջերմային հպման միջոցով 
  
    
      
        
          T
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{1}}
   ջերմաստիճանի ջեռուցիչից ստանում է ջերմության 
  
    
      
        
          Q
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle Q_{1}}
   քանակ, ընդարձակվում 
  
    
      
        
          V
          
            A
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{A}}
  -ից մինչև 
  
    
      
        
          V
          
            B
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{B}}
   և աշխատանք կատարում։ 
  
    
      
        B
        →
        C
      
    
    {\displaystyle B\rightarrow C}
   պրոցեսում ջեռուցիչի հետ հպումը վերանում է, բանող մարմինը դանդաղ ընդարձակվում է 
  
    
      
        
          V
          
            B
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{B}}
  -ից 
  
    
      
        
          V
          
            C
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{C}}
   և սառչում 
  
    
      
        
          T
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{1}}
  -ից մինչև 
  
    
      
        
          T
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{2}}
  ։ Այնուհետև 
  
    
      
        
          V
          
            C
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{C}}
   ծավալ և 
  
    
      
        
          T
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{2}}
   ջերմաստիճան ունեցող բանող մարմինը ջերմային հպման մեջ է դրվում 
  
    
      
        
          T
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{2}}
   (
  
    
      
        <
        
          T
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle <T_{1}}
  ) ջերմաստիճանի սառնարանի հետ և դանդաղ սեղմվում 
  
    
      
        
          V
          
            C
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{C}}
  -ից մինչև 
  
    
      
        
          V
          
            D
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{D}}
   (
  
    
      
        C
        →
        D
      
    
    {\displaystyle C\rightarrow D}
   պրոցես), որի հետևանքով սառնարանին է տրվում ջերմության 
  
    
      
        
          Q
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle Q_{2}}
   քանակ։ 
  
    
      
        D
      
    
    {\displaystyle D}
  -ին համապատասխանող վիճակում ջերմային հպումը սառնարանի հետ վերանում է, և բանող մարմինը սեղմվում է 
  
    
      
        
          V
          
            D
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{D}}
  -ից մինչև 
  
    
      
        
          V
          
            A
          
        
      
    
    {\displaystyle V_{A}}
  , որի հետևանքով նրա ջերմաստիճանը 
  
    
      
        
          T
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{2}}
  -ից դառնում է 
  
    
      
        
          T
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle T_{1}}
   (
  
    
      
        D
        →
        A
      
    
    {\displaystyle D\rightarrow A}
   պրոցես)։ Համաձայն թերմոդինամիկայի առաջին սկզբունքի, 
  
    
      
        A
        B
        C
        D
        A
      
    
    {\displaystyle ABCDA}
   պրոցեսում կատարված աշխատանքը՝ 
  
    
      
        A
        =
      
    
    {\displaystyle A=}
   
  
    
      
        
          Q
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle Q_{1}}
  —
  
    
      
        
          Q
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle Q_{2}}
   (նկարի վրա՝ 
  
    
      
        A
        B
        C
        D
      
    
    {\displaystyle ABCD}
   պատկերի մակերեսը)։ Կառնոյի ցիկլի օգտակար գործողության գործակիցը՝ 
  
    
      
        η
        =
        
          
            A
            
              Q
              
                1
              
            
          
        
        =
        1
        −
        
          
            
              T
              
                2
              
            
            
              T
              
                1
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle \eta ={\frac {A}{Q_{1}}}=1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}}
  ։ Այս բանաձևից հետևում է, այսպես կոչված՝ Կառնոյի թեորեմը. Կառնոյի ցիկլի օգտակար գործողության գործակիցը կախված չէ բանող մարմնի հատկություններից և որոշվում է միայն ջեռուցիչի և սառնարանի ջերմաստիճաններով։ Միևնույն ջեռուցիչի և սառնարանի միջոցով իրականացվող բոլոր հնարավոր դարձելի ցիկլերից Կառնոյի ցիկլն ունի ամենամեծ օգտակար գործողության գործակիցը։ Պատմականորեն Կառնոյի ցիկլը կարևոր դեր է կատարել թերմոդինամիկայի և ջերմատեխնիկայի զարգացման գործում։ Այն էապես նպաստել է թերմոդինամիկայի երկրորդ սկզբունքի հիմնավորմանը։ Կառնոյի ցիկլը օգտագործվել է ջերմաստիճանների բացարձակ թերմոդինամիկական ցուցնակի որոշման համար։