对卡诺循环的一点感想

对卡诺循环的一点感想卡诺循环(Carnotcycle)是由法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺于1824年提出的，以分析热机的工作过程，卡诺循环包括四个步骤：等温膨胀，绝热膨胀，等温压缩，绝热压缩。即理想气体从状态1（Ｐ1，Ｖ1，Ｔ1）等温膨胀到状态2（Ｐ2，Ｖ2，Ｔ2），再从状态2绝热膨胀到状态3（Ｐ3，Ｖ3，Ｔ3），此后，从状态3等温压缩到状态4（Ｐ4，Ｖ4，Ｔ4），最后从状态4绝热压缩回到状态1。这种由两个等温过程和两个绝热过程所构成的循环成为卡诺循环。卡诺循环包括四个过程：等温膨胀，在这个过程中系统从环境中吸收热量；绝热膨胀，在这个过程中系统对环境作功；等温压缩，在这个过程中系统向环境中放出热量；绝热压缩，系统恢复原来状态，在这个过程中系统对环境作负功。卡诺循环可以想象为是工作与两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为Ｔ1，低温热源的温度为Ｔ2。这一概念是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。这是一个理想的过程，在这个过程中，卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关。计算式为G=1-Ｔ1/Ｔ2，有此式可见，高温热源的温度Ｔ1愈高，低温热源的温度Ｔ2愈低，则卡诺循环的效率愈高。因为不能获得Ｔ1→∞的高温热源或Ｔ2=0K（-273℃）的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于1。从《关于理想气体卡诺循环的一点讨论》一文中可以看出对于单原子分子在通常情况下它的定容热容量是常量，不随温度变化。由绝热方程可得其卡诺循环效率为G=1-Ｔ1/Ｔ2。而对于多原子理想气体，他们的分子之间存在着转动，振动等量子效应，所以他们的热容量不是常量，而是会随着温度的升高而增大。物理书上对于卡诺循环效率的推导仅对于单原子气体成立，而多原子理想气体的内能一般与温度不成线性关系，因此卡诺循环的绝热方程不再成立。但当我们借助温熵图来讨论卡诺循环的效率时，可以发现在卡诺循环的过程中并未涉及工作物质的性质。说明在各具一定温度的两个恒温热源之间工作的一切卡诺热机及其效率相等，这只决定于两个热源的温度而与它们的工作物质无关，即卡诺循环的效率与理想气体分子本身的性质无关。由此可得出结论，理想气体的卡诺循环的效率为G=1-Ｔ1/Ｔ2。由此可见，书本上的也不尽然是正确的，虽然结论是对的，但得到它的过程却错了。卡诺循环的出现为提高热机的效率提供了一条可行的道路。它既从理论上指出了热变工的最大限度，又为实际循环组成和提高效率指出了方向。