卡诺循环由四个完全可逆的过程组成,每个过程的主要特点如下:
等温膨胀过程(等温吸热过程):在这个过程中,工作物质(如理想气体)从高温热源吸收热量并同时对外做功,导致气体膨胀。此过程在温度-熵(T-S)图上表现为水平线段,而在压力-体积(P-V)图上表现为曲线。特点是温度保持不变,气体从热库吸收热量并转化为机械功。
绝热膨胀过程(等熵膨胀过程):在这一阶段,系统与外界没有热量交换,即热库被移开,系统对环境做功,其能量来自于本身的内能。在T-S图上,这个过程表现为曲线,而在P-V图上表现为曲线。特点是系统与外界没有热量交换,内能转化为机械功。
等温压缩过程(等温放热过程):工作物质在低温热源处放热,同时外界对系统做功,导致气体被压缩。在T-S图上,这个过程同样表现为水平线段,而在P-V图上为曲线。特点是温度保持不变,系统向冷库放出热量。
绝热压缩过程(等熵压缩过程):系统再次与外界没有热量交换,外界对系统做功,压缩气体,系统温度升高。在T-S图上,这个过程表现为曲线,而在P-V图上为曲线。特点是系统与外界没有热量交换,外界对系统做功,内能增加。
卡诺循环的效率只取决于两个热源的温度,与工作物质的性质无关。卡诺循环的效率公式为 (1 - \frac{T_2}{T_1}),其中 (T_1) 是高温热源的绝对温度,(T_2) 是低温热源的绝对温度。卡诺循环是热力学第二定律的一个实际表现,表明了在两个给定温度之间工作的所有热机中,卡诺热机具有最高的效率。
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