ニコラ・レオナール・サディ・カルノー
カルノーは、熱機関の最大効率を生み出すには、可逆的な過程が必要だと考えた。そして、以下のような仮想的な仕組みを考案した。これはカルノーサイクルと呼ばれている。
図1 : 等温膨張
図2 : 断熱膨張
図3 : 等温圧縮
図4 : 断熱圧縮
図5 : 等温膨張。図1に戻る
図6 : これが、カルノーサイクルである。
空気を入れたシリンダーと、高温源A、低温源Bを用意する。
まず、シリンダーをAと接触させる。この状態でAからシリンダーに熱が供給されると、シリンダー内の空気が膨張し、ピストンを押し上げる。この時、シリンダーはAと接触しているので、シリンダー内の空気の温度はAのまま変化しない(等温膨張、図1)。
次にシリンダーとAを離し、ピストンを断熱状態にする。ピストンは上がり続けるが、熱源が無いためシリンダー内の温度は下がる(断熱膨張、図2)。
シリンダー内の空気の温度がBと同じ温度まで下がったところで、シリンダーとBを接触させる。そしてピストンを下降させると、空気は圧縮される。そして圧縮によって発生した熱が、シリンダーからBへと移動する。シリンダーの温度はBのまま変化しない(等温圧縮、図3)。
シリンダーとBを離し、ピストンを断熱状態にする。ピストンはさらに下がり空気は圧縮される。この時熱が発生し、シリンダー内の空気の温度は上がる(断熱圧縮、図4)。
シリンダー内の空気の温度がAと同じ温度まで上がったところで再びシリンダーをAと接触させる。Aからシリンダーへ熱が伝わり、シリンダー内の空気は膨張する(等温膨張、図5)。