Цикл Карно — это идеальный термодинамический цикл, состоящий из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Он задаёт теоретический предел КПД для любой тепловой машины, работающей между двумя температурами.
Четыре процесса цикла:
Изотермическое расширение (1→2): Рабочее тело получает тепло Q₁ от нагревателя при постоянной температуре T₁, расширяясь и совершая работу.
Адиабатное расширение (2→3): Тело продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой, его температура падает от T₁ до T₂.
Изотермическое сжатие (3→4): Рабочее тело отдаёт тепло Q₂ холодильнику при постоянной температуре T₂, сжимаясь за счёт внешней работы.
Адиабатное сжатие (4→1): Тело сжимается без теплообмена, его температура растёт от T₂ до T₁, возвращаясь в исходное состояние.
КПД цикла Карно:
η = 1 — T₂/T₁
Где T₁ — температура нагревателя, T₂ — температура холодильника (в Кельвинах). Этот КПД является максимально возможным для любых тепловых машин, работающих в данном температурном диапазоне.
Для теплового насоса используется обратный цикл Карно: мы затрачиваем работу, чтобы перенести тепло от холодного источника (T₂) к горячему потребителю (T₁). Эффективность характеризуется коэффициентом COP:
COP_идеальный = T₁ / (T₁ — T₂)
Чем меньше разница температур между источником и потребителем, тем выше COP. Именно поэтому при -35°C эффективность падает — разрыв между T₂ и T₁ увеличивается.