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對卡諾循環(huán)的一點感想
卡諾循環(huán)(Carnot cycle) 是由法國工程師尼古拉·萊昂納爾·薩迪·卡諾于1824年提出的，以分析熱機的工作過程，卡諾循環(huán)包括四個步驟： 等溫膨脹， 絕熱膨脹，等溫壓縮，絕熱壓縮。即理想氣體從狀態(tài)1（Ｐ1，Ｖ1，Ｔ1）等溫膨脹到狀態(tài)2（Ｐ2，Ｖ2，Ｔ2），再從狀態(tài)2絕熱膨脹到狀態(tài)3（Ｐ3，Ｖ3，Ｔ3），此后，從狀態(tài)3等溫壓縮到狀態(tài)4（Ｐ4，Ｖ4，Ｔ4），最后從狀態(tài)4絕熱壓縮回到狀態(tài)1。這種由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所構(gòu)成的循環(huán)成為卡諾循環(huán)。
卡諾循環(huán)包括四個過程：等溫膨脹，在這個過程中系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量；絕熱膨脹，在這
2、個過程中系統(tǒng)對環(huán)境作功； 等溫壓縮，在這個過程中系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量； 絕熱壓縮，系統(tǒng)恢復(fù)原來狀態(tài)，在這個過程中系統(tǒng)對環(huán)境作負(fù)功?？ㄖZ循環(huán)可以想象為是工作與兩個恒溫?zé)嵩粗g的準(zhǔn)靜態(tài)過程，其高溫?zé)嵩吹臏囟葹椋?，低溫?zé)嵩吹臏囟葹椋?。這一概念是1824年N.L.S.卡諾在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的。卡諾假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程，工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰釕?yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。這是一個理想的過程，在這個過程中，卡諾循環(huán)的效率只與兩
3、個熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)。計算式為G=1-Ｔ1/Ｔ2，有此式可見，高溫?zé)嵩吹臏囟龋?愈高，低溫?zé)嵩吹臏囟龋?愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。因為不能獲得Ｔ1→∞的高溫?zé)嵩椿颍?=0K（-273℃）的低溫?zé)嵩?，所以，卡諾循環(huán)的效率必定小于1。
從《關(guān)于理想氣體卡諾循環(huán)的一點討論》一文中可以看出對于單原子分子在通常情況下它的定容熱容量是常量，不隨溫度變化。由絕熱方程可得其卡諾循環(huán)效率為G=1-Ｔ1/Ｔ2。而對于多原子理想氣體，他們的分子之間存在著轉(zhuǎn)動，振動等量子效應(yīng)，所以他們的熱容量不是常量，而是會隨著溫度的升高而增大。物理書上對于卡諾循環(huán)效率的推導(dǎo)僅對于單原子氣體成立，而多原子理想氣體的內(nèi)能一般與溫
4、度不成線性關(guān)系，因此卡諾循環(huán)的絕熱方程不再成立。但當(dāng)我們借助溫熵圖來討論卡諾循環(huán)的效率時，可以發(fā)現(xiàn)在卡諾循環(huán)的過程中并未涉及工作物質(zhì)的性質(zhì)。說明在各具一定溫度的兩個恒溫?zé)嵩粗g工作的一切卡諾熱機及其效率相等，這只決定于兩個熱源的溫度而與它們的工作物質(zhì)無關(guān)，即卡諾循環(huán)的效率與理想氣體分子本身的性質(zhì)無關(guān)。由此可得出結(jié)論，理想氣體的卡諾循環(huán)的效率為G=1-Ｔ1/Ｔ2。由此可見，書本上的也不盡然是正確的，雖然結(jié)論是對的，但得到它的過程卻錯了。
卡諾循環(huán)的出現(xiàn)為提高熱機的效率提供了一條可行的道路。它既從理論上指出了熱變工的最大限度，又為實際循環(huán)組成和提高效率指出了方向。
專心---專注---專業(yè)
對卡諾循環(huán)的一點感想(共3頁)
