Работа и КПД цикла Карно    

       Найдем полезную работу цикла Карно.

       Процесс А–В. Положительная работа, совершенная газом при изотермическом расширении одного моля газа от V0 до V1.

       Тепло, полученное от нагревателя Q1, идет на изотермическое расширение газа, совершая при этом работу А1:

  .   (5.4.1)
Процесс В–С – адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении теплообмен с окружающей средой отсутствует и работа расширения А2 совершается за счет изменения внутренней энергии.

       Уравнение адиабаты: .

       Давление при этом изменится до Р2. Полученная работа на этой стадии:

  .   (5.4.2)
       Процесс С–D – изотермическое сжатие. На третьем этапе газ изотермический сжимается V2 до V3. Теплота Q2, отданная газом холодильнику при изотермическом сжатии, равна работе сжатия А3 – это работа совершаемая над газом, она отрицательна:
  .   (5.4.3)
       Процесс D–А – адиабатическое сжатие.

       Уравнение адиабаты: 

       Работа сжатия на последнем этапе:

    (5.4.4)
       Общая работа цикла A = A1 + A2 + A3 + A4, или
  .    
       Обозначим , тогда
    (5.4.5)
       Значит работа, совершаемая газом больше работы внешних сил.

       Работа равна площади ограниченной кривой АВСDА.

       Из равенств следует:

  .   (5.4.6)
       Полезная работа:
     
       КПД η равен:
    (5.4.7)
      Из (5.4.7) видно, что η < 1, зависит от разности температур между нагревателем и холодильником (и не зависит от конструкции машины и рода рабочего тела). Это ещё одна формулировка теоремы Карно.

       Цикл Карно, рассмотренный нами, был на всех стади ях проведен так, что не было необратимых процессов (не было соприкосновения тел с разными температурами). Поэтому здесь самый большой КПД. Больше получить в принципе невозможно.

       Доступны следующие дополнительные демонстрации:  1. Гидравлическая машина.   2. Гидростатическое давление.