卡諾循環

想像一台有史以來最完美的蒸汽機——沒有摩擦、沒有洩漏、沒有浪費的熱量，運轉得如此溫和，以至於任何一刻都能被倒著運行。卡諾循環就是這台想像中「可能達到的最好」的發動機，由一位年輕的法國軍官薩迪·卡諾於 1824 年在紙上勾畫出來，那時人們連「熵」這個詞都還沒有。

這個循環有四個可逆步驟：氣體在恆溫下膨脹，同時從高溫熱源吸熱；接著它在不與外界交換熱量的情況下繼續膨脹，溫度降下來；它在那個低溫下被壓縮，同時把熱量排給低溫熱源；最後它在不交換熱量的情況下被壓回去，升溫回到起點。兩段「等溫」過程加兩段「絕熱」過程，循環就閉合了。

它為什麼重要：因為每一步都可逆，卡諾循環能從給定的溫差中榨取出絕對最大的功——沒有任何真實發動機能勝過它。它的效率只取決於兩個溫度，與工作物質無關，這一點最早揭示出溫度之比有著深刻而絕對的含義。要注意的是：它是一個思想實驗。它那些無限緩慢的步驟在實際中產生的功率為零，所以真實發動機會犧牲一些效率，以換取真正能跑起來。