1、卡諾循環(huán)科技名詞定義中文名稱：卡諾循環(huán)英文名稱：Carnot cycle定義：由兩個(gè)可逆的等溫過程和兩個(gè)可逆的絕熱過程所組成的理想循環(huán)。百科名片 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)(Carnot cycle 是由法國(guó)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(jī)的工作過程，卡諾循環(huán)包括四個(gè)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（1，1，1）等溫膨脹到狀態(tài)2（2，2，2），再?gòu)臓顟B(tài)2絕熱膨脹到狀態(tài)3（3，3，3），此后，從狀態(tài)3等溫壓縮到狀態(tài)4（4，4，4），最后從狀態(tài)4絕熱壓縮回到狀態(tài)1。這種由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程所構(gòu)成的循環(huán)成

2、為卡諾循環(huán)。簡(jiǎn)介卡諾循環(huán)包括四個(gè)步驟：等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等溫膨脹，在這個(gè)過程中系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量； 絕熱膨脹，在這個(gè)過程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功； 等溫壓縮，在這個(gè)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(lái)狀態(tài)，在這個(gè)過程中系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作負(fù)功。卡諾循環(huán)可以想象為是工作與兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g的準(zhǔn)靜態(tài)過程，其高溫?zé)嵩吹臏囟葹?，低溫?zé)嵩吹臏囟葹?。這一概念是1824年N.L.S.卡諾在對(duì)熱機(jī)的最大可能效 率問題作理論研究時(shí)提出的。卡諾假設(shè)工作物質(zhì)只與兩個(gè)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(wú)溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低

3、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。作卡諾循環(huán)的熱機(jī)叫做卡諾熱機(jī)1。 原理卡諾循環(huán)的效率通過熱力學(xué)相關(guān)定理我們可以得出，卡諾循環(huán)的效率c1-2/1，由此可以看出， 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)，如果高溫?zé)嵩吹臏囟?愈高，低溫?zé)嵩吹臏囟?愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。因?yàn)椴荒塬@得1的高溫?zé)嵩椿?=0K（-273）的低溫?zé)嵩矗裕ㄖZ循環(huán)的效率必定小于1。 任何工作物質(zhì)作卡諾循環(huán)，其效率都一致可以證明，以任何工作物質(zhì)作卡諾循環(huán)，其效率都一致；還可以證明，所有實(shí)際循環(huán)的效率都低于同樣條件下卡諾循環(huán)的效率，也就是說(shuō)，如果高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)?/p>

4、源的溫度確定之后，卡諾循環(huán)的效率是在它們之間工作的一切熱機(jī)的最高效率界限。因此，提高熱機(jī)的效率，應(yīng)努力提高高溫?zé)嵩吹臏囟群徒档偷蜏責(zé)嵩吹臏囟龋蜏責(zé)嵩赐ǔＪ侵車h(huán)境，降低環(huán)境的溫度難度大、成本高，是不足取的辦法。現(xiàn)代熱電廠盡量提高水蒸氣的溫度，使用過熱蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)，正是基于這個(gè)道理。 提高熱機(jī)效率的方向卡諾定理闡明了熱機(jī)效率的限制，指出了提高熱機(jī)效率的方向（提高T1，降低T3，減少散熱、漏氣、摩擦等不可逆損耗，使循環(huán)盡量接近卡諾循環(huán)）。成為熱機(jī)研究的理論依據(jù)、熱機(jī)效率的限制。實(shí)際熱力學(xué)過程的不可逆性及其間聯(lián)系的研究，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的建立。在卡諾定理基礎(chǔ)上建立的與測(cè)溫物質(zhì)及測(cè)溫屬性無(wú)關(guān)的絕

5、對(duì)熱力學(xué)溫標(biāo)，使溫度測(cè)量建立在客觀的基礎(chǔ)之上。此外，應(yīng)用卡諾循環(huán)和卡諾定理，還可以研究表面張力、飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系及可逆電池的電動(dòng)勢(shì)等。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)，卡諾這種撇開具體裝置和具體工作物質(zhì)的抽象而普遍的理論研究，已經(jīng)貫穿在整個(gè)熱力學(xué)的研究之中。 卡諾循環(huán)正文由兩個(gè)定溫過程和兩個(gè)絕熱過程（見熱力過程）所組成的可逆的熱力循環(huán)。卡諾循環(huán)是19世紀(jì)法國(guó)工程師S.卡諾提出的，因而得名。卡諾循環(huán)分正、逆兩種。在壓-容(p-V圖和溫-熵(T-S圖中（見圖）, -b-c-d-為正卡諾循環(huán)，-b為可逆定溫吸熱過程，工質(zhì)在溫度T1下從相同溫度的高溫?zé)嵩次霟崃縌1；b-c為可逆絕熱過程,工質(zhì)溫度自T1降為T2；c-d

6、為可逆定溫放熱過程，工質(zhì)在溫度T2下向相同溫度的低溫?zé)嵩磁欧艧崃縌2；d-為可逆絕熱過程,工質(zhì)溫度自T2升高到T1，完成一個(gè)可逆循環(huán),對(duì)外作出凈功W。逆卡諾循環(huán)與上述正向循環(huán)反向,沿-d-c-b-方向,因而Q2是工質(zhì)從低溫?zé)嵩次氲臒崃?通稱制冷量,Q1是工質(zhì)排放給高溫?zé)嵩吹臒崃?W是完成逆向循環(huán)所需的外界輸入的凈功。 正卡諾循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾循環(huán)熱效率t表示 正卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾制冷系數(shù)表示或用卡諾供暖系數(shù)表示 逆卡諾循環(huán)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在相同的高、低溫?zé)嵩礈囟萒1與T2之間工作的一切循環(huán)中,以卡諾循環(huán)的熱效率為最高，稱為卡諾定理。卡諾循環(huán)具有極為重要的理論和實(shí)際意

7、義。雖然，完全按照卡諾循環(huán)工作的裝置是難以實(shí)現(xiàn)的，但是卡諾循環(huán)卻為提高各種循環(huán)熱效率指明了方向和給出了極限值。 創(chuàng)建背景19世紀(jì)初，蒸汽機(jī)在工業(yè)、交通運(yùn)輸中的作用越來(lái)越重要，但關(guān)于控制蒸汽機(jī)把熱轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)的各種因素的理論卻未形成。法國(guó)軍事工程師薩迪卡諾（S Carnot，17961832）于1824年出版了關(guān)于火的動(dòng)力的思考一書，總結(jié)了他早期的研究成果。卡諾以找出熱機(jī)不完善性的原因作為研究的出發(fā)點(diǎn)，闡明從熱機(jī)中獲得動(dòng)力的條件就能夠改進(jìn)熱機(jī)的效率。卡諾分析了蒸汽機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作過程，撇開一切次要因素，由理想循環(huán)卡諾循環(huán)入手， 以普遍理論的形式，作出關(guān)于消耗熱而得到機(jī)械功的結(jié)論。他指出，熱機(jī)

8、必須在高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作，“凡是有溫度差的地方就能夠產(chǎn)生動(dòng)力；反之，凡能夠消耗這個(gè)力的地方就能夠形成溫度差，就可能破壞熱質(zhì)的平衡。”他構(gòu)造了在加熱器與冷凝器之間的一個(gè)理想循環(huán)：汽缸與加熱器相連，汽缸內(nèi)的工作物質(zhì)水和飽和蒸汽就與加熱器的溫度相同，汽缸內(nèi)的蒸汽如此緩慢地膨脹著，以致在整個(gè)過程中，蒸汽和水都處于熱平衡。然后使汽缸與加熱器隔絕，蒸汽絕熱膨脹到溫度降至與冷凝器的溫度相同為止。然后活塞緩慢壓縮蒸汽，經(jīng)過一段時(shí)間后汽缸與冷凝器脫離，作絕熱壓縮直到回復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。這是由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成的循環(huán)，即后來(lái)所稱的“卡諾循環(huán)”。 卡諾根據(jù)熱質(zhì)守恒思想和永動(dòng)機(jī)不可能制成的原理，進(jìn)一步

9、證明了在相同溫度的高溫?zé)嵩春拖嗤瑴囟鹊牡蜏責(zé)嵩粗g工作的一切實(shí)際熱機(jī)，其效率都不會(huì)大于在同樣的熱源之間工作的可逆卡諾熱機(jī)的效率。卡諾由此推斷：理想的可逆卡諾熱機(jī)的效率有一個(gè)極大值，這個(gè)極大值僅由加熱器和冷凝器的溫度決定，一切實(shí)際熱機(jī)的效率都低于這個(gè)極值。 卡諾意義卡諾的研究具有多方面的意義。他的工作為提高熱機(jī)效率指明了方向；他的結(jié)論已經(jīng)包含了熱力學(xué)第二定律的基本思想，只是熱質(zhì)觀念的阻礙，他未能完全探究到問題的最終答案。由于卡諾英年早逝，他的工作很快被人遺忘。后來(lái)，由于法國(guó)工程師克拉珀瓏（BPEClapeyron，17991864）在1834 年的重新研究和發(fā)展，卡諾的理論才為人們所注意。克拉珀

10、瓏將卡諾循環(huán)在一種“壓（力）-容（積）圖”上表示出來(lái)，并證明卡諾熱機(jī)在一次循環(huán)中所做的功，其數(shù)值恰好等于循環(huán)曲線所圍的面積。克拉珀瓏的工作為卡諾理論的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。名詞解釋：卡諾熱機(jī)1 卡諾熱機(jī)他是最省能量的熱機(jī)，但僅是理論上能實(shí)現(xiàn)。 第一階段，溫度為的等溫膨脹過程，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次諢崃浚坏诙A段，絕熱膨脹過程，系統(tǒng)溫度從 降到；第三階段，溫度為的等溫壓縮過程，系統(tǒng)把熱量釋放給低溫?zé)嵩?；第四階段，絕熱壓縮過程，系統(tǒng)溫度從升高到。他研究的結(jié)論，就是人們總結(jié)的卡諾定理，其核心內(nèi)容是：在相同高溫?zé)嵩磁c相同低溫?zé)嵩粗g工作的一切可逆卡諾熱機(jī)效率相同（在實(shí)現(xiàn)熱的動(dòng)力過程中，不存在任何不是由于

11、體積變化而引起的溫度變化的熱機(jī)）。學(xué)物理者必知的邏輯證明卡諾定理及熱力學(xué)第二定律錯(cuò)誤 源自科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2010年25期10頁(yè)。本文旨在探索沒有任何假設(shè)條件下，認(rèn)識(shí)物質(zhì)的物理規(guī)律時(shí)如何遵守邏輯規(guī)則推理形成正確結(jié)論，今后不被證明存在錯(cuò)誤。亞里士多德物理學(xué)關(guān)于重物下落更快的理論存在一千多年后，某一天被伽里略是用一根繩子鏈接輕重物體時(shí)，推證亞里士多德的物理學(xué)錯(cuò)誤。我做了一個(gè)試驗(yàn)：用兩個(gè)乒乓球，一個(gè)注滿水，一個(gè)是空的，然后同時(shí)從高處落下，現(xiàn)象確實(shí)是重的下落更快。說(shuō)明伽里略的發(fā)現(xiàn)并沒有改變現(xiàn)象，伽里略和亞里士多德都看見了重物下落更快的。但是現(xiàn)象還不是科學(xué)，亞里士多德的錯(cuò)誤屬于物理學(xué)錯(cuò)誤。 卡諾定理存在同樣

12、的嚴(yán)重缺陷我們發(fā)現(xiàn)卡諾熱機(jī)的內(nèi)部熱容可以任意改變，新型理想熱機(jī)是在卡諾熱機(jī)的內(nèi)部增加了固體物質(zhì)的熱機(jī)，因此可以隨意改變卡諾熱機(jī)的內(nèi)部熱容，對(duì)它的循環(huán)工作進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)最高理想工作效率大于，這樣邏輯推理就能證明卡諾定理錯(cuò)誤。不要因?yàn)榭匆娏藷釓母邷叵虻蜏亓鲃?dòng)的現(xiàn)象就認(rèn)為熱力學(xué)第二定律成立。 卡諾熱機(jī)的循環(huán)過程中其內(nèi)部熱容只有二種變化情形：卡諾熱機(jī)的恒溫膨脹或壓縮過程其實(shí)就是讓卡諾熱機(jī)的熱容變?yōu)闊o(wú)窮大的一種情形，而絕熱膨脹或壓縮過程就是讓它的熱容變?yōu)樽钚〉囊环N情形。在卡諾熱機(jī)的內(nèi)部加入固體物質(zhì)后產(chǎn)生了隨意改變它的熱容的新情形。實(shí)際上就使得絕熱過程從始態(tài)到終態(tài)的PV線可以被任意改變，據(jù)此可知在不留下痕跡

13、時(shí)熱機(jī)效率可以大于。分析首次發(fā)現(xiàn)了自然界還存在一個(gè)熱動(dòng)力原理。如果一個(gè)理論在邏輯形式上表達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤，那就難以成立。名詞解釋：熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律科技名詞定義中文名稱：熱力學(xué)第二定律英文名稱：second law of thermodynamics定義：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響；不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。熱力學(xué)第二定律，熱力學(xué)基本定律之一，內(nèi)容為不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響；不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。概

14、述/定義英文翻譯：the second law of thermodynamics 不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。 不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?這是從能量消耗的角度說(shuō)的,它說(shuō)明第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的）。 說(shuō)明熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)的基本定律之一，是指熱永遠(yuǎn)都只能由熱處轉(zhuǎn)到冷處(在自然狀態(tài)下。它是關(guān)于在有限空間和時(shí)間內(nèi)，一切和熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的物理、化學(xué)過程具有不可逆性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。 上述(1中的講法是克勞修斯(Clausius在1850年提出的。的講法是開爾文于1851年提出的。這些表述都是等效的。 在的講法中，指出了在自然條件下熱量

15、只能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不能由低溫物體自動(dòng)向高溫物體轉(zhuǎn)移，也就是說(shuō)在自然條件下，這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是不可逆的。要使熱傳遞方向倒轉(zhuǎn)過來(lái)，只有靠消耗功來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在的講法中指出，自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱，而反過來(lái)熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能，從而說(shuō)明了這種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。熱機(jī)能連續(xù)不斷地將熱變?yōu)闄C(jī)械功1，一定伴隨有熱量的損失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了創(chuàng)造能量和消滅能量的可能性，第二定律闡明了過程進(jìn)行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。 人們?cè)O(shè)想制造一種能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響的機(jī)器，這種空想出來(lái)

16、的熱機(jī)叫第二類永動(dòng)機(jī)。它并不違反熱力學(xué)第一定律，但卻違反熱力學(xué)第二定律。有人曾計(jì)算過，地球表面有10億立方千米的海水，以海水作單一熱源，若把海水的溫度哪怕只降低O.25度，放出熱量，將能變成一千萬(wàn)億度的電能足夠全世界使用一千年。但只用海洋做為單一熱源的熱機(jī)是違反上述第二種講法的，因此要想制造出熱效率為百分之百的熱機(jī)是絕對(duì)不可能的。 從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)看，作功是大量分子的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而熱運(yùn)動(dòng)則是大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。顯然無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)要變?yōu)橛幸?guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率極小，而有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)變成無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的幾率大。一個(gè)不受外界影響的孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部自發(fā)的過程總是由幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)進(jìn)行，從此可見熱是不可能自

17、發(fā)地變成功的。 熱力學(xué)第二定律只能適用于由很大數(shù)目分子所構(gòu)成的系統(tǒng)及有限范圍內(nèi)的宏觀過程。而不適用于少量的微觀體系，也不能把它推廣到無(wú)限的宇宙。 根據(jù)熱力學(xué)第零定律，確定了態(tài)函數(shù)溫度； 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，確定了態(tài)函數(shù)內(nèi)能和焓； 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，也可以確定一個(gè)新的態(tài)函數(shù)熵。可以用熵來(lái)對(duì)第二定律作定量的表述。 熱力學(xué)第二定律過程第二定律指出在自然界中任何的過程都不可能自動(dòng)地復(fù)原，要使系統(tǒng)從終態(tài)回到初態(tài)必需借助外界的作用，由此可見，熱力學(xué)系統(tǒng)所進(jìn)行的不可逆過程的初態(tài)和終態(tài)之間有著重大的差異，這種差異決定了過程的方向，人們就用態(tài)函數(shù)熵來(lái)描述這個(gè)差異，從理論上可以進(jìn)一步證明：可逆絕熱過程Sf=Si

18、， 不可逆絕熱過程Sf>Si， 式中Sf和Si分別為系統(tǒng)的最終和最初的熵。 也就是說(shuō)，在孤立系統(tǒng)內(nèi)對(duì)可逆過程，系統(tǒng)的熵總保持不變；對(duì)不可逆過程，系統(tǒng)的熵總是增加的。這個(gè)規(guī)律叫做熵增加原理。這也是熱力學(xué)第二定律的又一種表述。熵的增加表示系統(tǒng)從幾率小的狀態(tài)向幾率大的狀態(tài)演變，也就是從比較有規(guī)則、有秩序的狀態(tài)向更無(wú)規(guī)則，更無(wú)秩序的狀態(tài)演變。熵體現(xiàn)了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。 條件第二定律在有限的宏觀系統(tǒng)中也要保證如下條件： 1、該系統(tǒng)是線性的； 2、該系統(tǒng)全部是各向同性的。 另外有部分推論很有意思：比如熱輻射：恒溫黑體腔內(nèi)任意位置及任意波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都相同，且在加入任意光學(xué)性質(zhì)的物體時(shí)，腔內(nèi)任意位置及任

19、意波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都不變。 熱力學(xué)第二定律與時(shí)間的單方向性所有不涉及熱現(xiàn)象的物理規(guī)律均時(shí)間反演對(duì)稱, 它們沒有對(duì)時(shí)間的方向作出規(guī)定. 所謂時(shí)間反演, 通俗地講就是時(shí)光倒流; 而物理定律時(shí)間反演對(duì)稱則指, 經(jīng)過時(shí)間反演后, 該定律依然成立. 以牛頓定律為例, 它是時(shí)間反演對(duì)稱的. 不妨考察自由落體運(yùn)動(dòng): 一物體由靜止開始, 在重力作用下自由下落, 其初速度V(0=0, 加速度a=g, 設(shè)其末速度為V(t, 下落高度為h. 現(xiàn)進(jìn)行時(shí)間反演, 則有其初速度V'(0=-V(t, 加速度a'=g, 末速度V'(t=V(0, 上升高度為h, 易證這依然滿足牛頓定律. 但熱現(xiàn)象則不同, 一杯水初始溫度等于室溫, 為T(0, 放在點(diǎn)燃酒精燈上, 從酒精燈火焰吸收熱量Q后溫度為T(t. 現(xiàn)進(jìn)行時(shí)間反演, 則是水的初溫為T'(0=T(t, 放在點(diǎn)燃酒精燈上, 放出熱量Q給酒精燈火焰, 自身溫度降為T'(t=T(0. 顯然這違背了熱力學(xué)第二定律關(guān)于熱量只能從高溫物體傳向低溫物