本文拟结合准静态过程假说，重新解读卡诺循环的热力学意义，供参考.

1. 准静态过程假说

   准静态过程假说^[1-3]是（笔者）在平衡态热力学基础上提出的一个新热力学理论，该假说与卡诺循环相关

的主要观点如下.

   1.1 准静态过程

       为方便获取热力学过程的功与热值，同时也为了方便将微积分原理运用于热力学，准静态过程假说将所有

的热力学过程的实现方式均指定为准静态过程；即要求过程任一瞬间，系统均无限小的偏离平衡，并随时可恢

复平衡；热力学过程的驱动力无限小，速率无线缓慢；热力学过程函数，数学上连续、无间断，且可积可微；

       对于元熵过程，δQ≡T·dS ；δW_V≡-p·dV .

    1.2 可逆过程

       准静态过程假说认为，①隔离系统熵变为0时，即：dS_Iso=0；②恒温恒压及环境不提供有效功条件下，封

闭系统吉布斯自由能变为0时，即：dG_Clo=0；③恒温恒容及环境不提供有效功条件下，封闭系统赫姆霍兹自由

能变为0时，即：dA_Clo=0；发生的热力学过程为可逆过程.

      准静态过程假说认为可逆过程就是平衡，平衡就是可逆过程，两者均为状态点，任何不是状态点的热力学

过程均不是可逆过程.

     2.卡诺循环

       卡诺循环示意图参见如下图1所示.

        准静态过程假说认为图1中卡诺循环由四个元熵过程组成，分别是①A→B，理想气体的恒温膨胀；

②B→C，理想气体的绝热膨胀；③C→D，理想气体的恒温压缩；④D→A，理想气体的绝热压缩.

     2.1 理想气体的恒温膨胀       

        对于①A→B，理想气体的恒温膨胀：

         ΔU_①=Q①+W_V①=0                               （1）

         δW_V①=-pdV =-（nRT/V）·dV                   （2）

        式（2）积分可得：

         W_V①=nRT₁·ln（V₁/V₂）                           （3）

        式（3）中T₁为高温热源温度^[4].

        将式（3）代入式（1），并整理可得：

        Q①=-W_V①=nRT₁·ln（V₂/V₁）                    （4）

     2.2 理想气体的绝热膨胀

      对于②B→C，理想气体的绝热膨胀：

         ΔU_②=Q②+W_V②=W_V②                         （5）

      对于绝热过程：

         W_V②=ΔU_②=nC_V,m·（T₂-T₁）                   （6）

        式（3）中T₂为低温热源温度. 

        即：T₂<T₁                                                           （7）

        将式（7）代入式（6）可得：

        W_V②=ΔU_②<0                                           （8）

     2.3 理想气体的恒温压缩

       对于③C→D，理想气体的恒温压缩：

         ΔU_③=Q③+W_V③=0                                    （9）

         δW_V③=-pdV =-（nRT/V）·dV                   （10）

        式（10）积分可得：

         W_V③=nRT₂·ln（V₃/V₄）                            （11）

        将式（11）代入式（9），并整理可得：

        Q③=-W_V③=nRT₂·ln（V₄/V₃）                    （12）

    2.4 理想气体的绝热压缩

        对于④C→A，理想气体的绝热压缩：

         ΔU_④=Q④+W_V④=W_V④                        （13）

      对于绝热过程：

         W_V④=ΔU_④=nC_V,m·（T₁-T₂）>0              （14） 

    2.5 卡诺循环能量关系

        卡诺循环每步骤能量关系，参见如下表1所示.    

                                                                   表1. 卡诺循环每个热力学过程能量关系

        由表1可得：

        ①卡诺循环中每个热力学过程均不是状态点，因此均不是可逆过程；

        ②卡诺循环中每个热力学过程能量均守恒，并不存在能量转换，卡诺循环与热机效率无关；

        ③理想气体恒温膨胀（或压缩），δQ≠0；表明温差不是引发热量传递的根本原因；

        ④理想气体绝热膨胀（或压缩），dT≠0；进一步说明温差不是导致热量传递的根本原因.

  3. 结论

      卡诺循环中理想气体恒温膨胀（或压缩）过程，δQ≠0；理想气体绝热膨胀（或压缩）过程，dT≠0；均证明

温差不是导致热量传递的根本原因.

参考文献

[1]余高奇. 热力学第一定律研究. 科学网博客, 2021,8.

[2]余高奇. 热力学第二定律研究. 科学网博客, 2021,8.

[3]余高奇. 热力学过程的基本概述. 科学网博客,2023,1.

[4]天津大学物理化学教研室编. 物理化学（上册，第四版）.北京：高等教育出版社, 2001,12:102-104.