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卡諾循環是描述完美熱機的理想化熱力學循環。所有真實熱機都是卡諾循環所體現的理論完美的不完美近似。在卡諾循環中，并非所有熱能都轉化為機械功，但是很大一部分是——物理定律允許的最大部分。科學家用燒杯一臺熱機利用兩個蓄熱器的溫差產生功。在內燃機中，一個蓄熱器是發動機內部產生的熱量（源），另一個是外部環境（下沉）。熱源產生的熱量使氣缸內的氣體膨脹，驅動活塞工作。氣體的熱力學狀態——膨脹，但溫度恒定——稱為等溫狀態，最終熱源被移除，氣體停止膨脹得如此之快。如果繼續加熱，氣缸就會爆炸。氣體在達到最大體積時開始失去溫度，對活塞不再起作用。這被稱為氣體的絕熱膨脹。然后活塞反向運動，壓縮氣體，直到達到最大值溫度和由于它所含熱量而產生的物理阻力，使系統回到初始狀態。然后循環又開始了。有許多不同類型的熱機。所有的熱機都在源和匯之間熟悉的溫度梯度上工作。為了使熱機的效率最大化，它們必須有良好的絕緣在今天使用的大多數發動機中，氣體在整個循環過程中仍然是氣體，但在蒸汽發動機中，液體和氣體之間會發生相變。在一個完美的卡諾循環中，所有四個步驟都會非常緩慢地發生，以使該過程產生的熵或熱力學不可逆性最小化實際上，這些步驟進展很快，產生了熵，這意味著循環不能永遠持續下去。氣缸壁會退化，發動機內部的熱量會流失到外部環境中，等等。卡諾循環可以反向運行，從而制造出一個冰箱。

發表于 2020-09-18 03:22
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分類：科學教育

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