题目
2.17 试讨论以平衡辐射为工作物质的卡诺循环,计算其效率.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查对卡诺循环效率公式的理解,以及热力学第二定律的应用。关键在于明确卡诺循环的效率仅与高温热源温度$T_1$和低温热源温度$T_2$有关,与工作物质的性质无关。
解题核心思路:
- 卡诺定理指出,所有工作于相同温度热源之间的可逆热机效率相同,且为最大效率。
- 平衡辐射作为工作物质时,虽然其物态方程与理想气体不同,但卡诺循环的效率仍由热源温度决定。
- 直接应用卡诺效率公式 $\eta = 1 - \dfrac{T_2}{T_1}$ 即可求解。
卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。其效率公式为:
$\eta = 1 - \dfrac{T_2}{T_1}$
关键推导逻辑:
- 热力学第二定律保证了效率仅与热源温度有关。
- 平衡辐射的工作物质虽然遵循不同的物态方程(如压强与能量密度的关系),但卡诺循环的可逆性使其效率仍符合上述公式。
- 无需考虑具体工作物质的物性参数,直接代入热源温度计算即可。