Carnot-Prozess

Carnot-Prozess

Der Carnot-Kreisprozess oder -Zyklus ist ein Gedankenexperiment, das zur Realisierung einer reversiblen Wärme-Kraft-Maschine zur Umwandlung von Wärme in Arbeit dient. Der Carnot-Prozess wurde 1824 von Nicolas Léonard Sadi Carnot entworfen, und er legte auch gleichzeitig den Grundstein für die Thermodynamik.

Nicolas Léonard Sadi Carnot

KReisprozess

Carnot intendierte diesen rein theoretischen Zyklus nicht nur als Beschreibung maschineller Prozesse, sondern übertrug mit ihm das Prinzip der Kausalität auf Phänomene, die mit Wärme im Zusammenhang stehen: Da der Kreisprozess umkehrbar ist, lässt sich jedes Stadium als alleiniger Effekt der anderen darstellen.

Es wird ein geschlossenes System betrachtet, welches aus vier offenen Systemen besteht. Innerhalb des Systems befindet sich ein Gas.

T-S-Diagramm

Zustandsänderung (1→2): Isotherme Kompression (reibungsfrei)

Zustandsänderung (2→3): Isentrope Kompression

Zustandsänderung (3→4): Isotherme Expansion

p-V-Diagramm

Nutzung

Damit bot der Carnot-Zyklus eine wichtige Neuerung in einer Zeit, in der die Umwandlung von Wärme und mechanischer Arbeit in einander, wie sie in den aufkommenden Dampfmaschinen stattfand, nicht gemessen oder theoretisch dargestellt werden konnte. Mit seiner Hilfe konnten erstmals Phänomene, die mit Wärme in Verbindung standen, in die etablierte Theoriesprache der Mechanik übersetzt werden. Er bildete die Grundlagen für das Verständnis der Energieerhaltung und der Entropie. Gleichzeitig ist der Wirkungsgrad des Carnot-Kreises so empfindlich gegenüber Abweichungen von der Idealität (Reibungsverluste), dass dieser Kreisprozess noch nie in realen Wärmekraftmaschinen eingesetzt wurde.

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