text: 卡諾熱機是卡諾迴圈的理論機器。這臺機器的基本模型是由尼古拉·卡諾在1824年所提出的。卡諾熱機模型由埃米爾·克拉佩龍在1834年進行了擴充套件，並由魯道夫·克勞修斯在1857年進行了數學探索，產生了熵的基本熱力學概念。每個熱力學系統都存在於特定的狀態。當一個系統經過一系列不同的狀態，最終回到它的初始狀態時，完成一個熱迴圈。熱機系統在經歷這個迴圈的過程中，可以對其周圍環境做功。熱機的作用是將能量從高溫的區域轉移到低溫區域，並在此過程中將部分能量轉換為機械功。迴圈也可以逆向進行。該系統可能會受到外力的作用，且在此過程中，它可以將熱能從較冷的系統傳遞到較熱的系統，進而作為冷機或熱泵而非熱機。卡諾迴圈圖.右圖源自卡諾1824年的著作《》，其中描述了“兩個物體"A"和"B"，每個都保持恆溫，且"A"溫度高於"B"。我們可以在不改變這兩個物體的溫度下給予或去除熱量，作為兩個無限熱量庫。我們將第一個稱為熱庫，第二個稱為冷庫。”卡諾接著解釋了我們如何透過將一定量的熱量從“A”物體傳送到“B”物體來獲得動力，即“功”。此外，它還可以作為冷卻器，亦即冷機。近代卡諾迴圈圖.右圖為卡諾在討論理想熱機時使用的原始活塞和氣缸圖。右圖顯示了通用熱機的簡圖，例如卡諾熱機。在圖中，克勞修斯在1850年引入的術語“working body”可以是任何流體或蒸汽體，透過它時可以引入或流出熱量 "Q" 以產生功。卡諾假設流體可以是任何能夠膨脹的物質，例如水蒸氣、酒精蒸氣、汞蒸氣、永久性氣體、空氣等。儘管在早期，熱機有多種配置，通常 "Q"H 由鍋爐供應，"Q"C 通常由位於發動機單獨部件上的冷凝器以冷水形式去除。輸出功“W”透過活塞的運動傳遞，因為它用於轉動曲柄臂，而曲柄臂通常用於為滑輪提供動力，以便將水從鹽礦場中提出。卡諾將作功定義為“將物體提升某高度所需的能量”。卡諾迴圈.熱機的卡諾迴圈包含以下步驟：卡諾定理.卡諾定理是對這一事實的正式陳述：「在兩個儲熱器之間執行的發動機不會比在相同儲熱器之間執行的卡諾發動機更有效率。」formula_3最大效率 formula_4 的定義如上：W 系統所作的功，formula_5 為進入系統的熱能，formula_6 為冷庫的絕對溫度，formula_7 為熱庫的絕對溫度。卡諾定理的一個推論是：在相同溫度的熱庫和冷庫之間執行的可逆熱機效率相同。當整個迴圈過程為可逆過程時，效率 η 為最大值。這意味著當“工作流體”完成一個迴圈並返回其原始狀態時，系統和環境的總熵由於“工作流體”經過一個迴圈後又回到原來的狀態，系統的熵是一個狀態函式，所以“工作流體”系統的熵變化為 0。因此熱庫和冷庫的總熵變化為零，過程可逆，發動機效率最大化。此推導將在下一節中進行。熱機的效能係數是其效率的倒數。真實熱機效率.對於真正的熱機，整個熱力學過程通常是不可逆的。工作流體經過一個迴圈後又回到初始狀態，因此流體系統的熵變為0，但在這一迴圈過程中冷熱庫的熵變化之和大於0。流體的內能也是一個狀態變數，所以它在一個迴圈內的總變化量為0。 所以系統作的總功  0 ，且散出熱量 formula_9 &lt; 0 的廢熱:對於真正的熱機，卡諾迴圈的第 1 階段和第 3 階段，熱量分別被來自熱儲器的“工作流體”吸收並釋放到冷儲器，不再保持理想可逆，並且在進行熱交換時，冷熱庫溫度與流體溫度之間存在溫差。在熱從溫度formula_10的熱庫流入液體期間，液體溫度略低於formula_10，且流體可能不保持等溫。令formula_12 為流體在吸熱過程中的總熵變化。其中流體的溫度T 總是略少於 formula_10。因此，我們得到：類似地，在從流體向冷庫注入熱量時，排熱過程中的流體總熵變化formula_14&lt; 0 :在熱量傳遞到冷庫的過程中，液體溫體T 總是略大於 formula_15.我們這裡只考慮了熵變化的數值。由於迴圈過程的流體系統的總熵變為 0，我們必須有將前面三個方程合併得到：合併方程 (2) 和 (7) 得到因此，其中 formula_16 是真實熱機的效率，formula_4 是卡諾熱機在溫度formula_10 和 formula_15的冷熱庫運轉的效率。對於卡諾熱機，整個過程為「可逆的」，方程(7) 等號成立。因此，真實引擎的效率總是低於理想的卡諾引擎。公式 (7) 表示對於真實引擎系統和周圍環境的總熵會增加，因為當 formula_20 在固定溫度formula_15流入冷庫，其熵增加量為大於熱庫在固定溫度formula_10，流出熱量formula_23 所損失的熵。 不等式(7) 基本上就是 克勞修斯定理。根據第二定理，“卡諾熱機的效率與工作物質的性質無關”。
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metadata.title: 卡諾熱機
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