シリンダー断面で追うカルノーサイクル（実機サイドビュー）

カルノー効率 η = 1 − TC/TH = 50.0% 1 − 300/600
① 等温膨張T = TH 一定・吸熱 QH
② 断熱膨張熱の出入りなし・T 低下
③ 等温圧縮T = TC 一定・放熱 QC
④ 断熱圧縮熱の出入りなし・T 上昇
V
-
P
-
T
-
PV = nRT

等温過程では熱源の温度に合わせて熱を出入りさせ、断熱過程では体積変化だけで温度が変わる。効率は熱源温度だけできまる。

【体積比 r について】TH と TC を決めると、断熱過程の体積比は T·Vγ−1 = 一定（γ = 5/3）から V₃/V₂ = V₄/V₁ = (TH/TC)3/2 と自動的に決まります。そこで r は自由に選べる等温過程の体積比として扱います。r を変えると吸熱量 QH = nRTH ln r と仕事 W は変わりますが、W/QH = 1 − TC/TH は r に依存しません。

気体: 単原子理想気体 n = 0.1 mol（γ = 5/3）。分子の速さは √T に比例、色は温度で青（低温）⇔赤（高温）。