卡诺循环在学习热力学第二定律时是绕不开的一道坎,相信你肯定能将此循环的效率算得清清楚楚!不过你肯定也会在心里有过疑惑——为什么卡诺就能灵光一现找到这个理想循环,而且还是效率最高的循环呢?
若不事先铺垫一下卡诺所处的时代背景,你将很难理解卡诺为什么会在头脑里冒出如此神奇的点子。那是热质假说占统治地位的时期,简单来说就是热质被认为是物体的一种特殊成分,物体所含热质的多少体现在物体的冷热不同。还有就是热质会在不同温度的物体间流动,并且在流动的过程中具有守恒的特点。另外一个是工业革命使得各种机器被大量应用,如何提高机器的效率就是一个很现实的问题。
虎父无犬子,如果说卡诺的解决思路有什么过人之处,那就是他从现象的背后去寻找普遍的规律,属实是透过现象看到了本质。卡诺首先明确了热机的工作原理——热机是否工作并不是取决于工作介质含有多少热质,而是取决于热质在工作介质中的流动!至于热机的效率问题,卡诺认为理想的热机不应该有损失,这一点深受他爹对理想机器的设计理念的影响。
循环很好理解,就是让工作介质在高温状态和低温状态之间往复变化,这样才能让热机持续工作。至于通过什么方式来完成循环,卡诺已经给提出了效率最大的标准——避免不同温度的物体发生接触!以上便是卡诺循环的四个步骤——等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
按照卡诺设想的理想热机,它必然可以精确地逆向运行。这种可逆性是论证工作于两个固定热源之间的所有热机里,理想热机具有最高效率所必须具备的逻辑支撑。于是卡诺提出了这样的做法:你可以想象一下在高温热源A与低温热源Z之间还有一系列温度介于它俩之间的热源B、C、D...,以至于A到B,B到C,C到D...之间的温度相差都为无限小。
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