卡诺循环与热力学第二定律之间的矛盾

Question

卡诺循环描述的是理想情况（即该过程可逆），而热力学第二定律的实质是实际情况下任何热力学过程不可逆（包括开尔文表述），描述的是实际过程。然而卡诺循环仍然遵从热力学第二定律开尔文表述，“不能制成这样一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量并使之完全变为有用的功”，应该如何理解卡诺循环可逆，热二不可逆，而卡诺服从热二？

Answer 1

没啥问题，不违反热力学第二定律。正如你的叙述中说的“一种循环动作的热机”，你的这个流程并非循环。热力学第二定律的克劳修斯说法：热不能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。而你的疑问主要是由于对等温膨胀过程理解不够深刻。你设计的这个流程中，真正的驱动等温膨胀过程，虽然看似由热量驱动，但一直熵增，等工质用完就无法继续，这也是一种代价。熵增本身就说明了热力学第二定律。如果还想不通，可以从 状态参数 上思考。等温膨胀之前和之后的气体虽然温度相等，如果做理想气体考虑 ，内能和焓为温度的单值函数，但熵绝对不同，熵增即是膨胀及传热的代价。 从能量品位上讲，机械能高于热能。理想等温膨胀看似一个单位的热能转化成了一个单位的机械能，但其熵增不可忽视。追问

这貌似不是我的问题吧

Answer 2

我个人是这么理解的，首先卡诺循环的四个过程我认为其实是两个过程，即等温（高温）膨胀和等温（在低温中收缩）压缩。只不过分别把它们俩各自拆成了两个过程。而这个等温压缩你得要满足气体的温度高于低温热源（倒不如说是冷源），不然怎么自然压缩呢？最后变成和低温热源一样的温度。那卡诺的循环就有个问题，热量并没有完全变成机械能啊，还有一部分是放给低温热源用来帮助自己压缩（例如高温水蒸气相对于自然空气）。如果完全变成了机械能，那么等温膨胀后温度就会与低温热源温度相等，也就是水蒸气做的功全变成了机械能最后和自然温度相等，那么这个水蒸气就变成了和空气里的水汽（湿度）一样的水平了。这就出现一个问题，如果一样的水平了怎么实现卡诺的等温（低温）压缩，空气压缩自己吗？那这种情况下，热能全做功了，但体积也和自然空气一样了（这就是产生了的影响，因为不产生影响的话，水蒸气应该会变成体积更小的水蒸气。）要想这个“影响”，那你就得用外力压缩它。而卡诺循环是有热效率的，也就是并没有完全变成功。也就是“G……9”说的，你这是个循环过程，而不是热能百分之百的循环。