In thermodynamics, Carnot's theorem, developed in 1824 by Nicolas Léonard Sadi Carnot, also called Carnot's rule, is a principle that specifies limits on the maximum efficiency that any heat engine can obtain.
Carnot's theorem states that all heat engines operating between the same two thermal or heat reservoirs cannot have efficiencies greater than a reversible heat engine operating between the same reservoirs. A corollary of this theorem is that every reversible heat engine operating between a pair of heat reservoirs is equally efficient, regardless of the working substance employed or the operation details. Since a Carnot heat engine is also a reversible engine, the efficiency of all the reversible heat engines is determined as the efficiency of the Carnot heat engine that depends solely on the temperatures of its hot and cold reservoirs.
The maximum efficiency (i.e., the Carnot heat engine efficiency) of a heat engine operating between cold and hot reservoirs, denoted as H and C respectively, is the ratio of the temperature difference between the reservoirs to the hot reservoir temperature, expressed in the equation
where T_\mathrm{H} and T_\mathrm{C} are the absolute temperatures of the hot and cold reservoirs, respectively, and the efficiency \eta is the ratio of the work done by the engine (to the surroundings) to the heat drawn out of the hot reservoir (to the engine).
\eta_\text{max} is greater than zero if and only if there is a temperature difference between the two thermal reservoirs. Since \eta_\text{max} is the upper limit of all reversible and irreversible heat engine efficiencies, it is concluded that work from a heat engine can be produced if and only if there is a temperature difference between two thermal reservoirs connecting to the engine.
Carnot's theorem is a consequence of the second law of thermodynamics. Historically, it was based on contemporary caloric theory, and preceded the establishment of the second law.
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Le cycle de Carnot est un cycle thermodynamique théorique pour un moteur ditherme, constitué de quatre processus réversibles : une détente isotherme réversible, une dilatation adiabatique réversible (donc isentropique), une compression isotherme réversible, et une compression adiabatique réversible. Quand il est moteur, il s'agit du cycle le plus efficace pour obtenir du travail à partir de deux sources de chaleur de températures constantes, considérées comme des thermostats.
La température est une grandeur physique mesurée à l’aide d’un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert thermique entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se définit de plusieurs manières : comme fonction croissante du degré d’agitation thermique des particules (en théorie cinétique des gaz), par l’équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l’entropie (en thermodynamique et en physique statistique).
En thermodynamique, l’exergie est une grandeur physique permettant de mesurer la qualité d'une énergie. C'est la partie utilisable d'un joule. Le travail maximal récupérable est ainsi égal à l’opposé de la variation d’exergie au cours de la transformation. Un système à l'équilibre thermomécanique ou chimique n'a plus aucune valeur. Plus un système est loin de l'équilibre ambiant, plus il est apte à opérer un changement, aptitude sur laquelle repose l'utilité d'une énergie.
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