
卡诺循环(Carnot Cycle)是一种理想化的热力学循环模型,由法国工程师尼古拉·卡诺(Nicolas Léonard Sadi Carnot)于1824年提出。它是热机工作的最高效率理论基准,描述了在高温热源((T_H))和低温热源((T_C))之间,通过可逆过程实现热能向机械能的最大转化效率。
英文释义:
The Carnot Cycle is a theoretical thermodynamic cycle that defines the maximum possible efficiency for a heat engine operating between two temperature reservoirs. It consists of four reversible processes: isothermal expansion, adiabatic expansion, isothermal compression, and adiabatic compression.
循环组成:
效率公式:
卡诺效率((eta{text{Carnot}}))仅取决于热源温度:
$$ eta{text{Carnot}} = 1 - frac{T_C}{T_H}
$$
其中 (T) 为开尔文温度(K),且 (T_H > T_C)。
中文 | 英文 |
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卡诺循环 | Carnot Cycle |
等温过程 | Isothermal Process |
绝热过程 | Adiabatic Process |
高温热源 | High-Temperature Reservoir |
热机效率 | Heat Engine Efficiency |
卡诺循环是热力学中最理想的热机工作循环,由法国工程师萨迪·卡诺(Sadi Carnot)于1824年提出。它通过四个可逆过程描述热能转化为机械能的最高效率模型:
等温膨胀(温度$T_H$)
工质(如理想气体)与高温热源接触,吸收热量$Q_H$,体积膨胀对外做功,温度保持恒定。
绝热膨胀
系统与外界隔热,气体继续膨胀,温度从$T_H$降至$T_C$,对外做功但无热量交换。
等温压缩(温度$T_C$)
工质与低温热源接触,释放热量$Q_C$,体积被压缩,外界对系统做功,温度保持恒定。
绝热压缩
系统再次隔热,气体被压缩回初始状态,温度从$T_C$回升至$T_H$,完成循环。
卡诺循环的效率仅取决于高、低温热源的温度($T_H$和$T_C$,单位为开尔文):
$$
eta = 1 - frac{T_C}{T_H}
$$
此效率为理论最大值,实际热机因摩擦、非可逆过程等无法达到。
卡诺循环虽为理论模型,但为热机设计、能源转换研究提供了核心框架,例如指导提高发电厂效率的方向。
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