カルノーサイクルと PV/TS 線図

2つの等温過程と2つの断熱過程からなる理想サイクル。PV線図が囲む面積＝正味の仕事、効率は η = 1 − Tc/Th で決まります。

高温源 Th 600 K

低温源 Tc 300 K

体積比 V2/V1 2.00

サイクルの動き

PV線図の角 ①②③④ をドラッグしても Th・Tc・体積比を変えられます。

高温 Th

—

低温 Tc

—

吸熱 Qh

—

放熱 Qc

—

正味の仕事 W

—

効率 η = 1−Tc/Th

—

PV 線図（囲む面積 = 正味の仕事 W ／角をドラッグ）

TS 線図（長方形＝ Th・Tc と ΔS で決まる）

カルノーサイクルは、温度 Th の高温源と温度 Tc の低温源の間で働く、もっとも効率のよい理想的な熱機関です。 等温膨張（①→②）→ 断熱膨張（②→③）→ 等温圧縮（③→④）→ 断熱圧縮（④→①） の4過程をぐるりと一周します。
PV 線図で囲まれた面積が正味の仕事 W、TS 線図では長方形の面積が W になります。効率は温度だけで決まり η = 1 − Tc/Th。Th を上げるか Tc を下げると効率が上がることを、図を動かして確かめましょう。

いま何が起きている？

ここがポイント

等温過程は曲線、断熱過程はより急な曲線 ── 断熱は PVᵞ = 一定 で等温 PV = 一定 より急に落ちる。
PV 線図の囲む面積＝正味の仕事 W ── 一周して気体が外にする正味の仕事。
TS 線図では長方形 ── 縦 (Th − Tc)、横 ΔS の長方形面積が W、吸熱 Qh = Th·ΔS。
効率は温度比だけで決まる η = 1 − Tc/Th ── 体積比を変えても W は変わるが η は不変。Tc → 0 で η → 1。