卡诺循环的原理.doc

卡诺循环的定义、工作原理、创建背景、意义#卡诺循环的定义、工作原理、创建背景、意义卡诺循环科技名词定义中文名称：卡诺循环英文名称：Carnot cycle定义：由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程所组成的理想循环 百科名片卡谴循环卡诺循环卡诺循环(Carnot cycle)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 (P !,V !,T !)等温膨胀到状态2 (P 2,V 2,T 2),再从状态 2绝热膨胀到状态3 (P 3,V 3,T 3),此后，从状态3等温压缩到状态4 (P 4,V 4,T 4), 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 卡诺循环简介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 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T低温热源的温度为T 2。

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作卡诺循环的热机叫做 卡诺热机［1］原理卡诺循环的效率通过热力学相关定理我们可以得出，卡诺循环的效率 n c 1-T2/t i,由此可以看出,卡诺循环卡诺循环的效率只与两个热源的热力学温度有关，如果高温热源的温度T i愈高，低温热源的温度T 2愈低，则卡诺循环的效率愈高 因为不能获得T i^m的高温热源或T 2=0K(-273C) 的低温热源，所以，卡诺循环的效率必定小于 1任何工作物质作卡诺循环，其效率都一致可以证明，以任何工作物质作卡诺循环， 其效率都一致；还可以证明，所有实际循环的效率都低于同样条件下卡诺循环的效率， 也就是说，如果高温热源和低温热源的温度确定之后，卡诺循环的效率是在它们之间工作的一切热机的最高效率界限 因此，提高热机的效率，应努力提高高温热源的温度和降低低温热源的温度， 低温热源通常是周围环境，降低环境的温度难度大、成本高，是不足取的办法。

现代热电厂尽量提高水蒸气的温度，使用过热蒸汽推动汽轮机，正是基于这个道理提高热机效率的方向卡诺定理阐明了热机效率的限制，指出了提高热机效率的方向(提高 Ti，降低T3,减少散热、漏气、摩擦等不可逆损耗， 使循环尽量接近卡诺循环)成为热机研究的理论依据、热机效率的限制实际热力学过程的不可逆性及其间联系的研究， 导致热力学第二定律的建立在卡诺定理基础上建立的与测温物质及测温属性无关的绝对热力学温标， 使温度测量建立在客观的基础之上此外，应用卡诺循环和卡诺定理， 还可以研究表面张力、饱和蒸气压与温度的关系及可逆电池的电动势等 还应强调，卡诺这种撇开具体装置和具体工作物质的抽象而普遍的理论研究，已经贯穿在整个热力学的研究之中TL W * 2* …丁 T — mm1Jry1/TnJ J4图L2有传热温差的制冷循环卡诺循环正文由两个定温过程和两个绝热过程（见热力过程）所组成的可逆的热力循环卡诺循环是 19世纪法国工程师 S•卡诺提出的，因而得名卡诺循环分正、逆两种在压 -容（p-V）图和温-熵（T-S）图中（见图），a-b-c-d- a为正卡诺循环，a -b为可逆定温吸热过程，工质在温度 Ti下从相同温度的高温热源吸入热量 Qi； b-c为可逆绝热过程，工质温度自Ti降为T2 ; c-d为可逆定温放热过程，工质在温度 T2下向相同温度的低温热源排放热量 Q2; d- a为可逆绝热过程，工质温度自T2升高到Ti,完成一个可逆循环，对外作出净功 W。

逆卡诺循环与上述正 向循环反向，沿a-d-c-b- a方向，因而Q?是工质从低温热源吸入的热量 （通称制冷量）,Qi是工质排放给高温热源的热量，W是完成逆向循环所需的外界输入的净功正卡诺循环的热经济指标用卡诺循环热效率 n表示正卡诺循环逆卡诺循环的热经济指标用卡诺制冷系数 &表示或用卡诺供暖系数 &表示二 1W （门/氏）—1逆卡诺循环根据热力学第二定律，在相同的高、低温热源温度 Ti与T2之间工作的一切循环中，以卡诺循环的热效率为最高， 称为卡诺定理卡诺循环具有极为重要的理论和实际意义 虽然，完全按照卡诺循环工作的装置是难以实现的， 但是卡诺循环却为提高各种循环热效率指明了方向和给出了极限值创建背景19世纪初，蒸汽机在工业、交通运输中的作用越来越重要，但关于控制蒸汽机把热转 变为机械运动的各种因素的理论却未形成法国军事工程师萨迪 ？卡诺(S. Carnot,1796 —1832)于1824年出版了《关于火的动力的思考》 一书，总结了他早期的研究成果卡诺以找出热机不完善性的原因作为研究的出发点， 阐明从热机中获得动力的条件就能够改进热机的效率卡诺分析了蒸汽机的基本结构和工作过程， 撇开一切次要因素，由理想循环高温热源#卡诺循环的定义、工作原理、创建背景、意义AQ3低温热源R—nl逆机循聊此氐桝审电网ht tp ； “wkw" cn卡诺循环入手，以普遍理论的形式，作出关于消耗热而得到机械功的结论。

他指出，热机必须在高 温热源和低温热源之间工作， 凡是有温度差的地方就能够产生动力；反之，凡能够消耗这个力的地方就能够形成温度差，就可能破坏热质的平衡 ”他构造了在加热器与冷凝器之间的一个理想循环：汽缸与加热器相连，汽缸内的工作物质水和饱和蒸汽就与加热器的温度相 同，汽缸内的蒸汽如此缓慢地膨胀着，以致在整个过程中，蒸汽和水都处于热平衡然后使 汽缸与加热器隔绝，蒸汽绝热膨胀到温度降至与冷凝器的温度相同为止 然后活塞缓慢压缩蒸汽，经过一段时间后汽缸与冷凝器脱离， 作绝热压缩直到回复原来的状态 这是由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，即后来所称的 卡诺循环”卡诺根据热质守恒思想和永动机不可能制成的原理， 进一步证明了在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切实际热机， 其效率都不会大于在同样的热源之间工作的可逆卡诺热机的效率卡诺由此推断：理想的可逆卡诺热机的效率有一个极大值， 这个极大值仅由加热器和冷凝器的温度决定，一切实际热机的效率都低于这个极值卡诺意义卡诺的研究具有多方面的意义 他的工作为提高热机效率指明了方向； 他的结论已经包含了热力学第二定律的基本思想， 只是热质观念的阻碍，他未能完全探究到问题的最终答案。

由于卡诺英年早逝，他的工作很快被人遗忘后来，由于法国工程师克拉珀珑(B . P. E. Clapeyron , 1799—1864)在1834年的重新研究和发展，卡诺的理论才为人们所注意克拉珀珑将卡诺循环在一种 压(力)-容(积)图”上表示出来，并证明卡诺热机在一次循环中所做的功，其数值恰好等于循环曲线所围的面积 克拉珀珑的工作为卡诺理论的进一步发展创造了条件名词解释： 卡诺热机[1]卡诺热机他是最省能量的热机，但仅是理论上能实现第一阶段，温度为的等温膨胀过程，系统从高温热源吸收热量；第二阶段，绝热膨胀过程，系统温度从 降到；第三阶段，温度为的等温压缩过程，系统把热量释放给低温热源 ；第四阶段，绝热压缩过程，系统温度从升高到他研究的结论，就是人们总结的卡诺定理，其核心内容是：在相同高温热源与相同低温 热源之间工作的一切可逆卡诺热机效率相同 （在实现热的动力过程中，不存在任何不是由于体积变化而引起的温度变化的热机） 学物理者必知的逻辑证明卡诺定理及热力学第二定律错误 源自科技创新导报 2010年25期10页本文旨在探索没有任何假设条件下， 认识物质的物理规律时如何遵守逻辑规则推理形成正确结论，今后不被证明存在错误。

亚里士多德物理学关于重物下落更快的理论存在一千多 年后，某一天被伽里略是用一根绳子链接轻重物体时， 推证亚里士多德的物理学错误 我做了一个试验：用两个乒乓球，一个注满水，一个是空的，然后同时从高处落下，现象确实是 重的下落更快说明伽里略的发现并没有改变现象， 伽里略和亚里士多德都看见了重物下落更快的但是现象还不是科学，亚里士多德的错误属于物理学错误卡诺定理存在同样的严重缺陷 一一我们发现卡诺热机的内部热容可以任意改变， 新型理想热机是在卡诺热机的内部增加了固体物质的热机，因此可以随意改变卡诺热机的内部热 容，对它的循环工作进行分析发现最高理想工作效率大于 n这样逻辑推理就能证明卡诺定理错误不要因为看见了热从高温向低温流动的现象就认为热力学第二定律成立卡诺热机的循环过程中其内部热容只有二种变化情形： 卡诺热机的恒温膨胀或压缩过程其实就是让卡诺热机的热容变为无穷大的一种情形， 而绝热膨胀或压缩过程就是让它的热容变为最小的一种情形在卡诺热机的内部加入固体物质后产生了随意改变它的热容的新情 形实际上就使得绝热过程从始态到终态的 P—V线可以被任意改变， 据此可知在不留下痕迹时热机效率可以大于 n分析首次发现了自然界还存在一个热动力原理。

如果一个理论在 逻辑形式上表达出现错误，那就难以成立卡诺循环的定义、工作原理、创建背景、意义名词解释：热力学第二定律热力学第二定律科技名词定义中文名称：热力学第二定律英文名称： sec ond law of thermody namics定义：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响； 不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零热力学第二定律，热力学基本定律之一，内容为不可能把热从低温物体传到高温物体而不产 生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响； 不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零概述/定义英文翻译：the seco nd law of thermody namics ①不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化 ②不可能从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化这是从能量消耗的角度说的，它说明第二类永动机是不可能实现的） 说明热力学第二定律① 热力学第二定律是热力学的基本定律之一，是指热永远都只能由热处转到冷处 （在自然状态下）它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可 逆性的经验总结。

上述（1）中①的讲法是克劳修斯（Clausius）在1850年提出的②的讲法是开尔文于1851年 提出的这些表述都是等效的在①的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低 温物体自动向高温物体转移， 也就是说在自然条件下， 这个转变过程是不可逆的 要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现在②的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在 。