热力学
热机 是什么
取得 QH,输出功 W,排出 QC。循环给出 QH = W + QC,效率 η = W/QH = 1 - QC/QH
热机从热源接受热 QH,把一部分变成功 W,把其余的 QC 扔给冷源。它按循环转,每一圈回到起点,所以净功是接受的热减去扔掉的热。接受的和扔掉的差额,每一圈都留下。
拖动吸热里有多少变成功,就看见其余被扔给冷源。真实的汽车发动机或电厂也只把燃料热的大约三分之一变成功,其余以热的排气和冷却水离开。大部分成不了功,作为热出去。
热机沿着 P-V 平面上的闭合环转,环围住的面积是一个循环的净功。只有顺时针转,净功才是正的,反过来转就成了必须放入功的制冷机。转动的方向分开热机和制冷机。
转一个循环,气体回到出发状态,内能变化是 0,所以 QH = W + QC。内能是只由状态决定的量,不管经过哪条路径,回到原地,那个变化必定是 0。把吸热分成功和排热,结构就显出来。
效率是 η = WQH = 1 - QCQH。效率只取决于扔掉的热和接受的热之比,所以减少排热是提高效率的唯一的路。来回比较弱的热机和强的热机,差别就看见。扔掉的热越少,同样的吸热做出的功越大。
把三股流动一个一个强调,限度就显出来。热必定流出去,所以效率总小于 1,为什么是这样,放到下一章的热力学第 2 定律。因为这份必须扔掉的 QC,电厂站在河边或巨大的冷却塔旁边,不停地倒废热。没有冷的地方,环就闭不上。
实际应用整理一下,热机是从热源接受热、做出功、向冷源扔热的循环装置。转一圈内能回到原地,所以 QH = W + QC,净功等于 P-V 环围住的面积。效率 η = WQH = 1 - QCQH 因为扔掉的热不能变成 0,总小于 1。下一章接到钉死这个限度的热力学第 2 定律,以及效率最好的卡诺循环。
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