一、卡诺循环的构成     热力学第二定律指出，热机的热效率不可能达到100％。那么，在一定条件下，热机的热效率最大能达到多少？它又与哪些因素有关？法国工程师卡诺（S. Carnot）在深入考察了蒸汽机工作的基础上，于1824年提出了一种理想的热机工作循环—卡诺循环。     设一热机中有一定量的工质，工作在温度分别为T1和T2的两恒温热源间。卡诺循环由两个可逆的定温过程和两个可逆的绝热过程（定熵）组成（见动画4-8）。 动画 4-8 卡诺循环 　     四个过程的顺序如下：     定温膨胀过程a-b：工质在定温T1下，从高温热源吸热Q1并作膨胀功Wo。     定熵膨胀过程b-c：工质在可逆绝热条件下膨胀，温度由T1降到T2。     定温压缩过程c-d：工质在定温T1下被压缩，过程中将热量Q2传给低温热源。     定熵压缩过程d-a；工质在可逆绝热条件下被压缩，温度由T2升高至T1，过程终了时，工质的状态回复到循环开始的状态a。 三、逆卡诺循环     如果沿卡诺循环相反的方向进行，就形成卡诺制冷循环和卡诺热泵循环（见动画4-9）。 动画 4-8 逆卡诺循环     对于卡诺制冷循环，工质可逆定温从温度为T2冷库吸热，被可逆绝热压缩后，可逆定温向温度为T1环境介质放热，最后可逆绝热膨胀，进入冷库，完成循环。其制冷系数     对于卡诺热泵循环，工质可逆定温从低温热源T2，如环境介质吸热，被可逆绝热压缩后，可逆定温向高温热源T1，如建筑物室内放热，最后可逆绝热膨胀，完成循环。其供暖系数或热泵工作性能系数     应当指出，逆卡诺循环虽然实际上不能实现,但却为提高制冷机和热泵的完善程度指明了方向,仍具有重要的理论意义。 　 四、卡诺定理     以理想气体为工质的卡诺循环,已导出其热效率。如果是其他工质完成的卡诺循环,或是两恒温热源间工作的其他热机,其热效率又如何呢?卡诺定理指出:     在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相等,与其工质无关。     在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热机,其热效率不可能大于可逆循环的热效率. (a) (b) 图 4-2 卡诺定理证明用图     下面用反证法对第一定理进行证明：假设在温度为T1的高温热源与温度为T2的低温热源间工作有两个任意的可逆热机R1和R2，如图4－2(a)所示，其热效率分别为和 。假如，则当两个热机从高温热源吸取的热量都为Q1时，根据热效率的定义可知， ， 。这时可让热机R1按正向循环工作，用输出功中的一部分 带动热机R2逆向循环工作，如图4－2(b)所示。联合运行的结果是每一循环从低温热源吸收热量，对外作功，高温热源没有任何变化，相当于一台单一热源的第二类永动机。这显然违背了热力学第二定律，因此是不可能的。同样可以证明，也是不可能的。于是只有一种可能性，即。由于上述证明没有限定工质的性质，所以结论对使用任何工质的可逆热机都适用。定理二可以同样采用反证法证明，思路与定理一的证明相同。