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卡诺循环是描述完美热机的理想化热力学循环。所有真实热机都是卡诺循环所体现的理论完美的不完美近似。在卡诺循环中，并非所有热能都转化为机械功，但是很大一部分是——物理定律允许的最大部分。科学家用烧杯一台热机利用两个蓄热器的温差产生功。在内燃机中，一个蓄热器是发动机内部产生的热量（源），另一个是外部环境（下沉）。热源产生的热量使气缸内的气体膨胀，驱动活塞工作。气体的热力学状态——膨胀，但温度恒定——称为等温状态，最终热源被移除，气体停止膨胀得如此之快。如果继续加热，气缸就会爆炸。气体在达到最大体积时开始失去温度，对活塞不再起作用。这被称为气体的绝热膨胀。然后活塞反向运动，压缩气体，直到达到最大值温度和由于它所含热量而产生的物理阻力，使系统回到初始状态。然后循环又开始了。有许多不同类型的热机。所有的热机都在源和汇之间熟悉的温度梯度上工作。为了使热机的效率最大化，它们必须有良好的绝缘在今天使用的大多数发动机中，气体在整个循环过程中仍然是气体，但在蒸汽发动机中，液体和气体之间会发生相变。在一个完美的卡诺循环中，所有四个步骤都会非常缓慢地发生，以使该过程产生的熵或热力学不可逆性最小化实际上，这些步骤进展很快，产生了熵，这意味着循环不能永远持续下去。气缸壁会退化，发动机内部的热量会流失到外部环境中，等等。卡诺循环可以反向运行，从而制造出一个冰箱。

发表于 2020-09-18 03:22
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分类：科学教育

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