卡诺定理 第一,第二条表述的证明。急啊,知道的能不能帮我一下啊

2025-03-06 20:34:06
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回答1:

卡诺定理(Carnot Theorem)
是卡诺(S.Carnot)于1824年在卡诺循环基础上提出的一条定理,其表述为:⑴在相同的高温热源和相同的低温热源间工作的一切可逆热机其效率都相等,而与工作物质无关。⑵在相同高温热源与相同低温热源间工作的一切不可逆热机,其效率都不可能大于可逆热机的效率。卡诺定理不仅为我们指明了提高热机效率的途径,更重要的是从它出发可揭示热力学第二定律这一普适规律。但卡诺由于历史的局限性而信奉热质说(卡诺是在热质说的错误观点指导下,把热机类比为水轮机,利用永动机不可能存在这一科学信念为前提导出卡诺定理的),因而无法看清卡诺定理实际上已触及热力学第二定律的底蕴。20多年后克劳修斯审查了卡诺的工作,于1850年提出了热力学第二定律的克劳修斯表述,1854年他又以卡诺定理为依据导出了克劳修斯等式与不等式,并在此基础上引入了“熵”这一态函数。

回答2:

参考百度百科:
卡诺定理
原理解释
  设在两个热源之间,有可逆机R(即卡诺机)和任意的热机I在工作(图2.2)。调节两个热机使所作的功相等。可逆机及从高温热源吸热Ql,作功W,放热(Ql-W)到低温热源,其热机效率为 ηk = W/Q1(图中所示是可逆机R倒开的结果)。
  另一任意热机I,从高温热源吸热Q1’,作功W,放热(Q1’-W)到低温热源,其效率为
  ηI = W/Q1’
  先假设热机I的效率大于可逆机R(这个假设是否合理,要从根据这个假定所得的结论是否合理来检验)。即
  ηI>ηk,
  因此得
  Ql > Q1’
  今若以热机I带动卡诺可逆机R,使R逆向转动,卡诺机成为致冷机,所需的功W由热机I供给,如图2.2所示:及从低温热源吸热(Ql-W),并放热Ql到高温热源。整个复合机循环一周后,在两机中工作的物质均恢复原态,最后除热源有热量交换外,无其它变化。
  从低温热源吸热:
  (Ql - W) - (Q1’ - W) = Ql-Q1’ > 0
  高温热源得到的热:
  Ql-Q1’
  净的结果是热从低温传到高温而没有发生其它的变化。这违反热力学第二定律的克劳修斯说法。所以最初的假设ηI>ηk不能成立。因此应有
  ηI≤ηk (2.1)
  这就证明了卡诺定理。
  根据卡诺定理,可以得到如下的推论:“所有工作于同温热源与同温冷源间的可逆机,其热机效率都相等”。可证明如下:假设两个可逆机Rl和R2,在同温热源与同温冷源间工作。若以Rl带动Rl,使其逆转,则由式(2.1)知
  ηR1≤ηR2 (2.2)
  反之,若以R2带动Rl,使其逆转,则有
  ηR1≥ηR2 (2.3)
  因此,若要同时满足式(2.2)和(2.3),则应有
  ηR1=ηR2 (2.4)
  由此得知,不论参与卡诺循环的工作物质是什么,只要是可逆机,在两个温度相同的低温热源和高温热源之间工作时,热机效率都相等,即任意热机I是可逆机时,式(2.1)用等号,I是不可逆机时用不等号。在上述证明中,并不涉及工作物质的本性,因而与工作物质的本性无关。在明确了ηR与工作物质的本性无关后,我们就可以引用理想气体卡诺循环的结果了。