13 卡诺循环 卡诺定理
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卡诺循环与卡诺定理一、卡诺热机1.卡诺定理的提出从19世纪起,蒸汽机在工业、交通运输中起到愈来愈重要的作用。
但是,蒸汽机的效率是很低的,还不到5%,有95%以上的热量都没有得到利用。
在生产需要的推动下,一大批科学家和工程师开始由理论上来研究热机的效率。
萨迪·卡诺(Sadi Carnot,1796—1832),这位法国工程师正是其中的一位。
当时盛行热质说,普遍认为热也是一种没有重量、可以在物体中自由流动的物质。
卡诺也信奉热质说,他在他的论文《关于热的动力的思考》中有这样一段话:“我们可以恰当地把热的动力和一个瀑布的动力相比。
……瀑布的动力依赖于它的高度和水量;热的动力依赖于所用的热质的量和我们可以称之为热质的下落高度,即交换热质的物体之间的温度差。
”在这里,卡诺关于“热只在机器中重新分配,热量并不消耗”的观点是不正确的,他没有认识到热和功转化的内在的本质联系。
但是卡诺定理的提出,却是一件具有划时代意义的事。
2.卡诺循环热力学理论指出,要实现一个可逆循环过程,必须使循环过程中的每一分过程都是可逆的。
而要实现过程的可逆,除了要使过程没有摩擦存在以外,更重要的就是要求过程的进行是准静态的。
如下图:要完成一个双热源的可逆循环,其方式应当是由两个等温过程与两个绝热过程组成,如下图:卡诺循环的效率为:其中T2为低温热源的温度,T1为高温热源的温度。
3.卡诺定理及其推论(1). 卡诺定理(Carnot principle):在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机,以可逆热机的热效率为最高。
即在恒温T1、T2下,ηt,IR≤ηt,R.卡诺的证明基于热质说,是错误的。
下面给出克劳修斯在1850年给出的反证法:(2). 卡诺定理的推论:A. 不可能制造出在两个温度不同的热源间工作的热机,而使其效率超过在同样热源间工作的可逆热机。
证明如下:B. 在两个热源间工作的一切可逆热机具有相同的效率。
证明如下:结论:由卡诺定理的两个推论我们可以得出——卡诺循环的热效率最大。