循环工作的热机 · 能量流审查

热量没有丢,方案就一定可行吗?

把高温热库给出的热量记入账本,再看它分成了多少功、多少排热。第一定律审“数目”,第二定律还要审“方向”。

输入两笔热量

调节一个循环

设装置完成一个循环后回到初态,单位统一用焦耳。

J
J
能量流向

热源—热机—冷源

热机一个循环中的能量流动 热机从上方高温热库吸热,一部分向右对外做功,一部分向下排入低温热库。 高温热库 Q吸 = 600 J 循环 回到初态 W = 240 J 对外做功 低温热库 Q放 = 360 J
吸收热量 600 J
对外做功 240 J
排出热量 360 J

能量差额:0 J(左边减右边)

两层审查

同一本账,两条定律问得不同

第一定律:数目 账面平衡

600 J = 240 J + 360 J,能量总量守恒。

第二定律:方向 未触及禁区

有热量排向低温热库,没有出现“从单一热库吸热并全部变成功”的唯一效果。

1先算功

循环装置内能改变量为零,因此对外做功由 W = Q吸 − Q放 得到。

2再查总量

把吸热与“做功+排热”对照。相等只说明账面满足能量守恒。

3最后查方向

循环工作的装置若唯一效果是从单一热库吸热并全部转化为功,就越过了第二定律的边界。

说明:本账本只讨论循环热机的能量流与第二定律边界,不涉及具体热机的极限效率。