热力学功热转换问题特指热机（或系统）从高温热源获取热量，并通过自身体积的变化对环境做体积功.

        1851年英国人开尔文提出：不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而不产生其它影响. 也就是说要

将从单一热源吸取的热量全部用来做功，环境必须向热机提供有效功.

        开尔文说法表述了功转变为热过程的不可逆性，习惯上也将开尔文说法称为热力学第二定律的一种表述形

式.

      本文拟结合热力学第一定律及卡诺循环探究热力学功热转换的本质，供参考.

 1. 功热转换与热力学第一定律

        热力学能主要是指系统内部所有微观粒子的微观无序运动的动能以及所有相互作用的势能等能量的总和. 

通常情况下，不可能由主体确定系统热力学能的结构，只能通过客体（或环境）了解系统热力学能的变化.

        平衡态热力学规定，当一热力学过程发生时，从环境测量得到的体积功（δW_T=-p_e·dV）、热量

（δQ=C_p·dT）与非体积功（δW'）构成了该热力学过程的热力学能变，参见如下式（1）.

         dU=δQ-p_e·dV+δW'                 （1）

       式（1）称能量守恒定律，也称热力学第一定律.

       平衡态热力学规定：一般热力学过程，环境不提供非体积功，即δW'≡0. 此时式（1）可化简为：

         dU=δQ-p_e·dV                      （2）

       对于恒温条件下理想气体的pVT变化，dU=δQ-p_e·dV =0                   （3）

       此时能否说系统吸收的热量全部转化为体积功呢？

       答案必定是否定的. 环境是热力学过程必不可少的一方，它一定参与热力学过程的能量传递. 

       热量（δQ）是系统与环境之间的热传递；体积功（δW_T）也同样是系统与环境之间的功转移；该热力学

过程并不涉及“功热”转换.

 2. 功热转换与卡诺循环

     1824年法国工程师卡诺设计了卡诺循环，参见如下图1^[1].

       图1中A→B为理想气体恒温（T₁）可逆膨胀； B→C为理想气体绝热可逆膨胀；C→D为理想气体恒温

（T₂）可逆压缩；D→A为理想气体绝热可逆压缩.

       卡诺热机效率参见如下式（4）.

        η_r=[(T₁-T₂)/T₁]×100%           （4）

        卡诺循环能量变化关系参见如下表1.

   表1. 卡诺循环能量变化关系

       结合图1及表1可知卡诺循环的每一步均为理想气体的pVT变化，均为独立步骤，能量均守恒，并不存在功

热转换.

  3. 结论

     ⑴卡诺循环的每一步均为独立步骤，能量守恒，不存在相互间能量依赖关系；

     ⑵卡诺循环与功热转换无关.

参考文献

[1]沈文霞. 物理化学核心教程（第二版）.北京: 科学出版社, 2009:74