A-level 化學/AQA/模組 5/熱力學/熱機

卡諾迴圈

卡諾迴圈以其發現者 薩迪·卡諾 命名。卡諾迴圈是效率最高的熱機，可以將熱源的熱能轉化為功。或者反過來，將功轉化為熱能的運動，也就是冰箱。在卡諾迴圈中，所有過程都是可逆的。

卡諾迴圈的步驟

1. 等溫 膨脹在 T₁ （較高溫度）。在此步驟中，透過從熱源吸收熱量來完成功。
2. 絕熱 膨脹從 T₁ 到 T₂。在此步驟中，系統沒有熱量進入或離開。在此步驟中，對周圍環境進行功。
3. 等溫壓縮在 T₂。在此步驟中，當週圍環境對氣體進行功時，熱量流入熱槽。
4. 絕熱壓縮從 T₂ 到 T₁。在此步驟中，周圍環境再次對系統進行功，壓縮氣體並提高其溫度。

卡諾迴圈的效率

效率 η 被定義為熱機完成的功量除以熱輸入量。

由於能量必須守恆，功等於熱輸入量減去熱輸出量。

$W=q_{1}-q_{2}$

因此，效率等於

$\eta ={\frac {q_{1}-q_{2}}{q_{1}}}$

這意味著熱機的效率隨著熱源溫度升高和熱槽溫度降低而增加。

$\eta =1-{\frac {q_{2}}{q_{1}}}$ ${\frac {q_{2}}{q_{1}}}={\frac {T_{2}}{T_{1}}}$

所以最後

$\eta =1-{\frac {T_{2}}{T_{1}}}$

並且由於熱輸入量和熱輸出量與熱源和熱槽的溫度成正比。

製冷和效能係數

當卡諾迴圈反向執行時，它變成一個冰箱，從“水槽”中吸取熱量，並將其傳遞給“熱源”。效能係數定義為

$C={\frac {q_{1}}{W}}$ $C={\frac {q_{1}}{q_{1}-q_{2}}}$

可逆過程'

可逆過程是指系統和周圍環境的熵不會增加的過程。