Thermodynamik: Carnot-Zyklus

Der Carnot-Zyklus ist ein Beispiel für einen reversiblen Prozess. Mann stelle sich einen Kolben vor, in dem ein Gas ist – am besten ein ideales Gas, damit wir innere Reibungen vernachlässigen können. Neben dem Kolben befinden sich zwei Wasserbecken. Das eine Becken ist Warm und das andere Becken ist Kalt. Der Carnot-Zyklus gliedert sich nun folgendermassen:

  1. Isotherme Expansion. Warmes Becken wird an Kolben geschlossen, Volumen wächst, Stempel geht nach oben. Das Gas hält jedoch seine ursprüngliche Temperatur. Hinzugeführte Wärme geht in Druck-Volumen-Arbeit über. 
  2. Isentrope Expansion. Warmes Becken ist nicht mehr dem Kolben angeschlossen, Volumen steigt jedoch immer noch, wobei  die Temperatur sinkt. 
  3. Isotherme Kompression. Der Kolben wird nun dem Kalten Becken angeschlossen. Aus dem Gas strömt Energie in Form von Wärme in das Kalte Becken. Das Gas hällt jedoch seine Temperatur. Die Wärmeenergie kommt also aus geleisteter Druck-Volumen-Arbeit.
  4. Isentrope Kompression. Der Kolben gibt nicht länger Wärme ab, da er dem kalten Becken nicht mehr angeschlossen ist. Die restliche Kompression erhöht die Temperatur im Kolben – als auch den Druck.
In einem PV-Diagramm wird der Carnot-Zyklus als ein reversibler Prozess eingezeichnet. Der Carnot-Zyklus muss dafür jedoch einige idealisierte Annahmen treffen.