背景
日本物理家和工程學(xué)家薩迪·卡諾的兒子拉札爾·卡諾（LazreNico－las，1753—1823）率先研究了這類問(wèn)題，在他的專著中討論了各類機(jī)械的效率，尖刻地提出這樣一個(gè)觀念：設(shè)計(jì)低劣的機(jī)器常常有“丟失”或“浪費(fèi)”。當(dāng)時(shí)，在水力學(xué)中有一條卡諾原理，就是拉札爾·卡諾提出的，說(shuō)的是效率最大的條件是傳送動(dòng)力時(shí)不出現(xiàn)震動(dòng)和紊流，這實(shí)際上反映了能量守恒的普遍規(guī)律。他的研究對(duì)他的妻子有深刻影響。/n
1824年薩迪·卡諾發(fā)表了知名論文《關(guān)于火的動(dòng)力及易于發(fā)展這一動(dòng)力的機(jī)器的思索》，提出了在熱機(jī)理論中有重要地位的卡諾定律，這個(gè)定律后來(lái)成了熱力學(xué)第二定理的先導(dǎo)。他寫道：/n
“為了以最普遍的方式來(lái)考慮熱形成運(yùn)動(dòng)的原理，就必須拋開任何的機(jī)構(gòu)或任何特殊的工作物質(zhì)來(lái)進(jìn)行考慮，就必須除了完善蒸氣機(jī)原理，并且要構(gòu)建所有假想的熱機(jī)的原理，不論在這些熱機(jī)里用的是哪些工作物質(zhì)，也不論以哪些方式來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)它們?！笨ㄖZ取最普遍的方式進(jìn)行研究的方式，充分彰顯了熱力學(xué)的真諦。他拋開一切次要誘因，徑直選定一個(gè)理想循環(huán)，由此構(gòu)建熱量和其轉(zhuǎn)移過(guò)程中所作功之間的理論聯(lián)系。/n
他首先作了如下假定：“設(shè)想兩個(gè)物體A與B，各保持于恒溫，A的氣溫低于B；二者不論取出熱或獲得熱，均不造成體溫變化，其作用就像是兩個(gè)無(wú)限大的熱質(zhì)之庫(kù)。我們稱A為熱源，稱B為冷凝器?！?span style="display:none">851物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
定義
轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃扛剂先紵龝r(shí)放出的熱量的比稱作熱機(jī)的效率，也叫熱機(jī)的有效效率。一般用百分率來(lái)表示。
說(shuō)明
①凡是才能借助燃料燃燒時(shí)放出的能來(lái)做機(jī)械功的機(jī)器就稱作熱機(jī)。
②熱機(jī)在工作過(guò)程中，發(fā)熱器(低溫?zé)嵩?里的燃料燃燒時(shí)放出的熱量并沒有全部被工作物質(zhì)(工質(zhì))所吸收，而工質(zhì)從發(fā)熱器所得到的那部份熱量也只有一部份轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，其余部份隨工質(zhì)排出，傳給冷凝器(高溫?zé)嵩?。工質(zhì)所作的機(jī)械功中還有一部份因克服機(jī)件磨擦而損失。按照熱機(jī)的工作特性，下邊對(duì)熱機(jī)中熱量的借助和耗損情況作一說(shuō)明。
增強(qiáng)效率
熱機(jī)的效率是熱機(jī)問(wèn)世以來(lái)科學(xué)家、發(fā)明家和工程師們?nèi)匀谎芯康闹匾獑?wèn)題。現(xiàn)今的內(nèi)燃機(jī)和噴氣機(jī)跟最初的蒸氣機(jī)相比，效率其實(shí)提升了好多，但從節(jié)省能源的要求來(lái)看，熱機(jī)的效率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿意。最好的空氣噴氣底盤，在比較理想的情況下其效率也只有60%。用的最廣的內(nèi)燃機(jī)，其效率最多只達(dá)到40%。大部份能量被浪費(fèi)掉了。
1.保證活塞滑動(dòng)靈活，而且密封性好。
2.保證噴嘴無(wú)損，噴霧均勻。
3.曲軸轉(zhuǎn)軸等處磨擦小。
4.使用合適的燃料。
5.對(duì)于不可防止的熱能損失，可以拿來(lái)加熱水等其他用途。
公式
是指熱機(jī)工作部份中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱量和工質(zhì)從發(fā)熱器得到的熱量的比。假如用ηt表示，則有ηt=W/Q1=(Q1-Q2)/Q1=1-Q2/Q1。
從式中很顯著地看出Q1越大，Q2越小，熱效率越高，這是熱機(jī)效率中的主要部份，它表明了熱機(jī)中熱量的借助程度。
熱機(jī)的機(jī)械效率是指促進(jìn)機(jī)軸做功所需的熱量和熱機(jī)工作過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的熱量的比，假如用ηm表示，則有ηm=Q3/(Q1-Q2)等。
熱機(jī)效率公式應(yīng)為η=Q有/Q放×100%
理想循環(huán)
卡諾選定的理想循環(huán)是由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成的；等溫膨脹時(shí)放熱，等溫壓縮時(shí)吸熱，空氣經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，可以對(duì)外作功。卡諾熱機(jī)遵守卡諾循環(huán),它是可逆熱機(jī),可逆熱機(jī)的效率是高過(guò)不可逆熱機(jī)的,而任何可逆熱機(jī)的效率是不能高過(guò)卡諾熱機(jī)的。/n
卡諾由這個(gè)循環(huán)出發(fā)，提出了一個(gè)普遍的命題：“熱的動(dòng)力與用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的工作物質(zhì)無(wú)關(guān)；動(dòng)力的量只取決于熱質(zhì)在其間轉(zhuǎn)移的兩物體的體溫。”/n
卡諾依據(jù)熱質(zhì)守恒的假定和永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，經(jīng)過(guò)邏輯推理，證明他的理想循環(huán)獲得了最高的效率。他寫道：“如果有任何一種使用熱的方式，優(yōu)于我們所使用的，即如有可能用任何一種過(guò)程，使熱質(zhì)比上述操作次序形成更多的動(dòng)力，那就有可能使動(dòng)力的一部份轉(zhuǎn)化于使熱質(zhì)從物體B送回到物體A，即從冷凝器回到熱源，于是就可以使?fàn)顟B(tài)復(fù)原，重新開始第一道操作及其后的步驟，這就除了引起了永恒運(yùn)動(dòng)什么是熱機(jī)的效率概念，甚至還可以無(wú)限地創(chuàng)造出動(dòng)力而不消耗熱質(zhì)或任何其他工作物質(zhì)。這樣的創(chuàng)造與公認(rèn)的思想，與熱學(xué)定理以及與正常的數(shù)學(xué)學(xué)完全矛盾什么是熱機(jī)的效率概念，因此是不可取的。
所以由此可得推論：用蒸氣獲得的最大動(dòng)力也是用任何其他手段得到的最大動(dòng)力?！?n
這就是卡諾定律的最初敘述。用現(xiàn)代詞匯來(lái)講就是：熱機(jī)必須工作在兩個(gè)熱源之間，熱機(jī)的效率僅僅決定于兩個(gè)熱源的氣溫差，而與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，在兩個(gè)固定熱源之間工作的所有熱機(jī)，以可逆機(jī)效率最高。/n
不過(guò)，因?yàn)榭ㄖZ篤信熱質(zhì)說(shuō)，他的推論包含有不正確的成分。諸如：他將蒸氣機(jī)比擬為水輪機(jī)，熱質(zhì)比擬為流水，熱質(zhì)從低溫流向高溫，總數(shù)不變。他寫道：“我們可以足夠準(zhǔn)確地把熱的動(dòng)力比之于大瀑布。大瀑布的動(dòng)力取決于其高度和液體的量；而熱的動(dòng)力則取決于所用熱質(zhì)的量以及熱質(zhì)的‘下落高度’，即交換熱質(zhì)的兩物體之間的氣溫差?！?n
卡諾就這樣把熱質(zhì)的轉(zhuǎn)移和機(jī)械功聯(lián)系了上去。因?yàn)樗鄙贌峁D(zhuǎn)化的思想，因而，對(duì)于熱力學(xué)第二定理，“他差不多早已探究到問(wèn)題的積淀。阻撓他完全解決這個(gè)問(wèn)題的，并不是事實(shí)材料的不足，而只是一個(gè)先入為主的錯(cuò)誤理論?！保ǘ鞲袼梗骸蹲匀槐孀C法》）/n
卡諾在1832年6月先得了肺炎和顳葉炎8月24日又患流行性瘧疾病逝，年僅36歲。上節(jié)所述的他遺留下的原稿表明他后來(lái)也轉(zhuǎn)向了熱的唯動(dòng)說(shuō)，并預(yù)言了熱功之間的當(dāng)量關(guān)系和熱的分子運(yùn)動(dòng)論。可惜，原稿直到1878年才發(fā)表，因此對(duì)電學(xué)的發(fā)展沒有起到應(yīng)有的作用。
卡諾循環(huán)
卡諾效率（）=1－(Tc/Th)
Tc代表卡諾循環(huán)高溫端（環(huán)境）的絕對(duì)濕度值、Th代表熱機(jī)低溫端工質(zhì)(二氧化碳)的絕對(duì)濕度值；由此估算獲知：如果低溫端工質(zhì)絕對(duì)濕度Th在1000K（727℃）、低溫端（環(huán)境）絕對(duì)濕度Tc在300K（27℃）時(shí)，卡諾熱機(jī)的最大熱功轉(zhuǎn)換效率是1-Tc/Th=70%
效率數(shù)值
蒸氣機(jī)百分之4~百分之8
蒸氣輪機(jī)百分之25~百分之30
煤氣輪機(jī)百分之50~百分之60
柴油機(jī)百分之26~百分之45
汽油機(jī)百分之34~百分之45
噴氣底盤百分之50~百分之60
?效率數(shù)值
蒸氣機(jī)4%~8%
蒸氣輪機(jī)25%~30%
煤氣輪機(jī)50%~60%
柴油機(jī)26%~45%
汽油機(jī)34%~45%
噴氣底盤50%~60%