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keys123

铜虫 (初入文坛)

[求助] 卡诺热机工作下温度变化过程问题

两个相同的固体温度T1,T2。直接接触后终态为(T1+T2)/2.
如果在卡诺热机工作下交换热量,终态的温度(T1*T2)^0.5是怎么求的?
求详细的数学过程。
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phykid

木虫 (正式写手)

同求,我推的答案不是(T1*T2)^0.5,是2T1*T2/(T1+T2)
2楼2013-06-08 03:39:26
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phykid

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
keys123: 金币+10, ★★★很有帮助 2013-06-08 13:26:19
我知道了,这是一个渐变的过程,相当于低温热源与高温热源变化的卡诺热机。看来熬夜脑子就是转不起来。以下是推导过程:
用微元法

设最终温度为T,从T1->T经过n部,每步步长为deltaT=(T1-T)/n,考察每一步的变化:
C*m*deltaT*T2/T1 = C*m*(T21-T2)
C*m*deltaT*T21/(T1-deltaT) = C*m*(T22-T21)
......
C*m*deltaT*T2i/(T1-i*deltaT) = C*m*(T2i+1-T2i)
......
C*m*deltaT*T2n-1/(T1-(n-1)*deltaT) = C*m*(T2n-T2n-1)

以上各式化简:
T21=T2*(T1+deltaT)/T1
T22=T21*T1/(T1-deltaT)
......
T2i+1=T2i*(T1-(i-1)*deltaT)/(T1-i*deltaT)
......
T2n=T2n-1*(T1-(n-2)*deltaT)/(T1-(n-1)*deltaT)

所以,利用以上各式:
T=T2n=(T2n/T2n-1)*(T2n-1/T2n-2)*...*(T21/T2)*T2
  =(T1-(n-2)*deltaT)/(T1-(n-1)*deltaT)*...*(T1+deltaT)/T1*T2
注意以上式子前一项的分子正好与后一项的分母约掉,化简得:
T=T2*(T1+deltaT)/(T1-(n-1)*deltaT)
将deltaT代入,注意到真实的T应该是n->无穷,即deltaT->0时得到,所以有:
T=T2*lim((T1+deltaT)/(T1-(T1-T)*(n-1)/n))=T2*T1/T
所以T^2=T1*T2
T=(T1*T2)^0.5
3楼2013-06-08 09:26:24
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keys123

铜虫 (初入文坛)

引用回帖:
3楼: Originally posted by phykid at 2013-06-08 09:26:24
我知道了,这是一个渐变的过程,相当于低温热源与高温热源变化的卡诺热机。看来熬夜脑子就是转不起来。以下是推导过程:
用微元法

设最终温度为T,从T1->T经过n部,每步步长为deltaT=(T1-T)/n,考察每一步的变 ...

噢,能用积分的方法求吗
4楼2013-06-08 13:25:59
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phykid

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
华丽的飘过: 金币+3, 3q 2013-06-23 01:27:55
引用回帖:
4楼: Originally posted by keys123 at 2013-06-08 13:25:59
噢,能用积分的方法求吗...

可以用积分,不过要求出当T1热源温度为t时热机效率,我目前没有想到其他方法,可以用上述方法求出,得到转换为热能的效率为T1*T2/t^2,然后可以用积分:
Integral(C*m*dt*T1*T2/t^2)=C*m*(T-T2)
其中积分区间为T->T1,最后也能求得结果。
不过因为没有找到求热机效率的其他方法,所以感觉还没有上一种方法简便。
5楼2013-06-08 16:33:55
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