博文
评“新型热机改变内部热容发现新的热动力原理”
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摘要：重庆有志教学设备有限公司，刘勇，在“科技创新导报”2010年25期10页发表了“新型热机改变内部热容发现新的热动力原理”一文中提出了一系列的错误论点：例如，“发现最高理想工作效率大于η, (因)此逻辑推理证明卡诺定理逻辑上不成立”，“利用固体物质随意改变卡诺热机的内部热容,则逻辑推理就能证明卡诺定理不成立”，“热力学第二定律结论不成立”等。其实，这是由于他对无摩擦准静态的理解不正确、不正确的p-V图等一系列基础性错误所造成的。就连他写出的所谓“温度变化△T与活塞运动距离S的关系”的基本计算式子都是不正确的。正如我在博文“反对卡诺定理不会有前景”和“可逆热机改变内部热容不能推翻卡诺定理”中所说的：“新型热机改变内部热容”的构思基本合理，但结论是符合卡诺原理和热二律。本博文的图Fig.1-4都是本人原创制作的并保留版权。
按照刘勇的“新型理想热机是在卡诺热机的内部增加了固体物质，因此可以随意改变卡诺热机的内部热容”等描述，应该可以形象地画在Fig.1中。Fig.1中我引入了热阀结构，这样可以利用热容的大小和热阀的开（导热）关（绝热），很方便地表达“改变卡诺热机的内部热容”的构思。假定Fig.1中的气体桶壁和活塞都是绝热的。气体的热量交换只能通过开启的热阀进行。而刘勇的的相应“新型热机”设计图却粗糙和存在不合理之处。
Fig.1 正确描绘“新型热机改变内部热容”的构思（和刘勇的文字表述比较时需要旋转90o）
附：刘勇的文字表述：“系统内部分为两部分:上部装有活塞,活塞下面装有理想气体,中部是一块导热良好的隔板把系统隔开为上下两部分,下部装有固体物质。可见,新型理想热机就是在卡诺热机的下部增加了固体物质。
卡诺热机的内部增加了固体物质后,我们可以利用固体物质随意改变它的内部热容。当卡诺热机没有增加固体物质时,其内部热容为理想气体的热容Cr气。然而在增加了固体物质后,其内部热容变为理想气体的热容Cr气和固体物质的热容Cr固之和即:Cr气+Cr固”
对热机R工作原理的正确描述就应该如Fig.2所示。其中“恒温膨胀”和“绝热膨胀”两步符合卡诺循环。增加适当量的固体热容后的“绝热”压缩曲线的斜率更水平化（因为这样带引号的“绝热”和卡诺循环的绝热不同），三步直接形成循环，同时留下固体热容从T2变成T1的变化。Fig.2热机R循环曲线内的面积就是对外所作的净功。
Fig.2 对热机R的工作原理的正确描述。
其中“恒温膨胀”和“绝热膨胀”两步符合卡诺循环。
但是留下固体热容从低温到高温的变化。
对热机R’工作原理的正确描述就应该如Fig.3所示。其中“恒温压缩”和“绝热压缩”两步符合卡诺循环。增加适当量的固体热容后的“绝热”膨胀曲线的斜率也更水平化（因为这样带引号的“绝热”和卡诺循环的绝热不同），三步直接形成循环，同时恢复了固体热容从T1变回T2。Fig.3热机R’循环曲线内的面积就是对外所作的净功。这样就可以看出“新型热机”的工作原理将完全符合卡诺定理。相应地，刘勇认为“逻辑推理就能够证明卡诺定理逻辑上不成立”是错误的。其他估计膨胀距离或压缩距离也是不正确的。
附：刘勇的文字表述：“卡诺热机内部增加了固体物质后再进行绝热膨胀或压缩过程时,其内部的温度变化△T与活塞运动距离S的关系为:△T=k× S×P÷Cr(式中△T温度变化,K:k关系常数:S活塞运动距离,m:P压强, kgf /m2 :Cr内部热容。)令温度变化△T 时,其内部热容Cr越大,要求活塞运动距离S 越大。理想气体压强P越大,则要求活塞运动距离S 越小。
如果再在理想条件下分析利用固体物质随意改变卡诺热机的内部热容,则逻辑推理就能证明卡诺定理不成立:”
Fig.3 对热机R’的工作原理的正确构思。
其中“恒温压缩”和“绝热压缩”两步符合卡诺循环。
同时也恢复了固体热容从高温变回到低温。
“整个循环工作”应该经过热机R和热机R’交替工作一共六步才完成，并且可以用Fig.4的p-V图来表示。Fig.5是供对比使用的卡诺热机p-V图。Fig.4中间两条p-V线实际上应该是重合的一条可逆双向线。
Fig.4 “新型热机”的工作原理完全符合卡诺定理。其中卡诺热机的W = W1 + W2。
Fig.5供对比使用的卡诺热机。
Fig.4 “新型热机”的工作原理完全符合卡诺定理。其中两个循环中的面积大小之和就是对外所作的功，和单一的卡诺循环完全相等，即其中W = W1 + W2，热机的效率也一定等于η=W/Q1。卡诺定理完全正确。而刘勇的结论是完全错误的。对刘勇其他部分的所谓“新的热动力原理”和“热力学第二定律结论不成立”等部分存在更多的错误。例如，刘勇先生完全不知道热力学或物理化学教科书中的一个基础知识：“准静态膨胀或压缩在没有任何耗散，例如没有因摩擦而造成能量的散失等的情况下就是一种可逆过程”[见傅献彩等著“物理化学”第四版，高等教育出版社，1990，p.29]，因此刘勇先生错误地认为：准静态过程对外做功，而可逆过程不对外做功等。此外，由于固体热容经过热机R和热机R’交替循环以后又完全恢复原状，根本就不存在所谓“新型热机利用固体物质的物理性质对外界做有用功”的现象。因此在此再作进一步的讨论也就完全没有必要。
附：刘勇的文字表述：“整个循环工作中其膨胀过程输出功大于压缩过程耗用功,所以,它改变内部热容后获得的效率逻辑上大于η。如果把这个过程循环下去,它就能够不断从单一热源T1取热输出有用功。证明卡诺定理错误。”
本博文的结论：刘勇一文的结论即所谓“新型理想热机”、“最高理想工作效率大于η，这样从逻辑形式上证明卡诺定理不成立”、“热力学第二定律结论不成立”等是完全错误的。
附：刘勇的文字表述：“因此,在增加了固体物质后的卡诺热机进行的绝热膨胀或绝热压缩过程中,如果我们利用固体物质的热胀冷缩等物理性质来对外做功,同样有改变卡诺热机的内部热容的效果,并且在改变它的内部热容的贡献中不留下任何痕迹。所以:热力学第二定律结论不成立。”
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