A-level 化学/AQA/模块 5/热力学/热机

卡诺循环

卡诺循环以其发现者 萨迪·卡诺 命名。卡诺循环是效率最高的热机，可以将热源的热能转化为功。或者反过来，将功转化为热能的运动，也就是冰箱。在卡诺循环中，所有过程都是可逆的。

卡诺循环的步骤

1. 等温 膨胀在 T₁ （较高温度）。在此步骤中，通过从热源吸收热量来完成功。
2. 绝热 膨胀从 T₁ 到 T₂。在此步骤中，系统没有热量进入或离开。在此步骤中，对周围环境进行功。
3. 等温压缩在 T₂。在此步骤中，当周围环境对气体进行功时，热量流入热槽。
4. 绝热压缩从 T₂ 到 T₁。在此步骤中，周围环境再次对系统进行功，压缩气体并提高其温度。

卡诺循环的效率

效率 η 被定义为热机完成的功量除以热输入量。

由于能量必须守恒，功等于热输入量减去热输出量。

$W=q_{1}-q_{2}$

因此，效率等于

$\eta ={\frac {q_{1}-q_{2}}{q_{1}}}$

这意味着热机的效率随着热源温度升高和热槽温度降低而增加。

$\eta =1-{\frac {q_{2}}{q_{1}}}$ ${\frac {q_{2}}{q_{1}}}={\frac {T_{2}}{T_{1}}}$

所以最后

$\eta =1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}$

并且由于热输入量和热输出量与热源和热槽的温度成正比。

制冷和性能系数

当卡诺循环反向运行时，它变成一个冰箱，从“水槽”中吸取热量，并将其传递给“热源”。性能系数定义为

$C={\frac {q_{1}}{W}}$ $C={\frac {q_{1}}{q_{1}-q_{2}}}$

可逆过程'

可逆过程是指系统和周围环境的熵不会增加的过程。