卡諾熱機

「卡諾熱機」將動畫 3D 活塞-氣缸-飛輪組件與同步的 3D 壓強-體積 (P-V) 圖相結合，生動呈現經典熱力學。學生可以拖動活塞頂部以逐步瀏覽循環，或點擊四個角點狀態中的任何一個：與熱源 T_H 接觸的等溫膨脹、冷卻至 T_C 的絕熱膨脹、與冷源 T_C 接觸的等溫壓縮，以及回到 T_H 的絕熱壓縮。氣體分子隨溫度升高或降低而加速或減速，同時即時讀數會報告卡諾效率 eta = 1 - T_C / T_H、氣體溫度、壓強及每循環淨功。

• 點擊 P-V 迴線上的四個角點節點，逐步觀察等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮和絕熱壓縮。
• 將熱源 T_H 由 500 K 提高至 900 K，同時保持 T_C 在 300 K，觀察 P-V 迴線所包圍的面積和卡諾效率 eta 如何增大。
• 將冷源 T_C 由 400 K 降低至 200 K，驗證冷卻排熱端比將 T_H 提高相同幅度更能有效提升效率。
• 親手上下拖動活塞頂部，觀察氣缸下方的熱橋如何在 T_H、絕緣和 T_C 之間切換。
• 增加等溫膨脹比，注意每循環淨功會增加，而理論卡諾效率百分比則保持不變。

1. 1在 P-V 圖上識別組成卡諾熱機循環的四個可逆過程。
2. 2運用 eta = 1 - T_C / T_H 計算任何熱機的最大理論效率。
3. 3區分等溫衝程（溫度恆定，有熱傳遞）與絕熱衝程（熱絕緣，透過作功改變溫度）。
4. 4解釋為何 P-V 迴線內包圍的面積代表每循環輸出的淨機械功。

教師常問的問題