[科普中国]-卡诺定理

卡诺定理是热力学中的一个定理，说明热机的最大热效率只和其高温热源和低温热源的温度有关。此定理以尼古拉·卡诺为名。

简介卡诺定理是热力学中的一个定理，说明热机的最大热效率只和其高温热源和低温热源的温度有关。此定理以尼古拉·卡诺为名。

根据卡诺定理，则

所有不可逆的热机，其热效率会比使用相同高温和低温热源的卡诺热机要低。

所有可逆的热机，其热效率会等于相同高温和低温热源的卡诺热机。

依卡诺定理可得到一热机的最大热效率（也称作卡诺效率）为

其中TC为低温热源的绝对温度，TH为高温热源的绝对温度。上式的热效率是指热机产生的功和高温热源提供能量的比值。上述定律其实是热力学第二定律的结果。不过当初在推导此定律时是以热质说为基础，且以此定律为基础建立热力学第二定律。1

热力学热力学，全称热动力学（法语：thermodynamique，德语：Thermodynamik，英语：thermodynamics，源于古希腊语θερμός及δύναμις）是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科；它着重研究物质的平衡状态以及与准平衡态的物理、化学过程。热力学定义许多宏观的物理量（像温度、内能、熵、压强等），描述各物理量之间的关系。热力学描述数量非常多的微观粒子的平均行为，其定律可以用统计力学推导而得。

热力学可以总结为四条定律：

热力学第零定律定义了温度这一物理量，指出了相互接触的两个系统，热流的方向。

热力学第一定律指出内能这一物理量的存在，并且与系统整体运动的动能和系统与与环境相互作用的势能是不同的，区分出热与功的转换。

热力学第二定律涉及的物理量是温度和熵。熵是研究不可逆过程引入的物理量，表征系统通过热力学过程向外界最多可以做多少热力学功。

热力学第三定律认为，不可能透过有限过程使系统冷却到绝对零度。

热力学可以应用在许多科学及工程的领域中，例如：引擎、相变化、化学反应、输运现象甚至是黑洞。热力学计算的结果不但对物理的其他领域很重要，对航空工程、航海工程、车辆工程、机械工程、细胞生物学、生物医学工程、化学、化学工程及材料科学等科学技术领域也很重要，甚至也可以应用在经济学中。1

应用在燃料电池上有关卡诺定理是否能应用在燃料电池，至今科学家还没有达成共识。凯斯西储大学的教授认为“由于燃料电池中的电化学反应不涉及将热能转换为机械能，因此不受卡诺定理的限制”。不过K. T. Jacob及Saurabh Jain则认为“传统的观点认为燃料电池不受卡诺定理的限制，不过最近几篇论文都认为热力学第二定律不但限制热机的效率，也以同样方式限制燃料电池的效率”。1

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学