Carnot çevrimi, iki farklı sıcaklıktaki ısı deposu arasında çalışan ideal ve tersinir bir ısı makinesi çevrimidir. Fransız mühendis Sadi Carnot, 1824’te yayımlanan çalışmasında aynı iki depo arasında mümkün olan en yüksek verimli varsayımsal çevrimi ortaya koydu. Çevrim, ısı makinelerinin verimi için kuramsal bir üst sınır sağlar [1].
Süreçleri ve verimi
İdeal gazla açıklanan Carnot çevrimi dört süreçten oluşur: sıcak depodan ısı alınan izotermal genleşme, ısı alışverişi olmadan gerçekleşen adyabatik genleşme, soğuk depoya ısı verilen izotermal sıkışma ve başlangıç durumuna döndüren adyabatik sıkışma. İzotermal süreçte sıcaklık sabit kalır; adyabatik süreçte sistemle çevresi arasında ısı aktarılmaz [1]. Çevrimin ters yönde işletilmesi, soğuk depodan ısı çekmek için iş harcayan soğutucu ya da ısı pompası modelini verir [1].
Bir ısı makinesi olarak verim, mutlak sıcaklıklarla ifade edilen sıcak ve soğuk depoların sıcaklıklarına bağlıdır: η = 1 − T_c/T_h. Burada T_h sıcak, T_c soğuk deponun Kelvin cinsinden sıcaklığıdır. Aynı iki depo arasında çalışan tersinir makinelerin verimleri eşittir; hiçbir gerçek makine bu kuramsal sınırı aşamaz [1][2].
Kuramsal önemi ve sınırları
Carnot çevrimi, ikinci termodinamik yasasının sonuçlarını ve depo sıcaklıklarının verime etkisini açıklamakta kullanılır. Gerçek makinelerde sürtünme ve sonlu sıcaklık farkıyla ısı aktarımı gibi tersinmezlikler bulunduğundan, Carnot verimine ulaşılamaz [1][2]. Ayrıca çevrimin ısı aktarımının çok yavaş olması, onu pratik bir motor tasarımı olmaktan çıkarır [2].