热物理学
热机、效率与卡诺循环
探究在高温热源 Th 与低温热源 Tc 之间工作的热机的理想效率。读取 ηCarnot、最大功 Wmax 和排放热 Qc，检验 与 。
⚠ 用高温蒸汽、加热气体或压力容器做真实实验时，请佩戴防护装备，加压状态下勿开启容器，并与高温热源保持安全距离。
器材
- 绘制 p–V 平面闭合循环与热机热流示意图的画布
- “热源 Th”滑块（350–900 K）
- “冷源 Tc”滑块（180–340 K）
- “吸热 Qh”滑块（100–1000 J）
- 读数行“ηCarnot = …; Wmax = ηQh = …; Qc = Qh − W = …”
实验步骤
测量效率随热源温度的变化
保持“冷源 Tc”为 300 K，将“热源 Th”从 350 逐步升至 900 K，记录每档的“ηCarnot”。对每组数据计算 并与读数对照；观察效率趋近 100 % 但永远达不到。
改变冷源温度与吸热量
保持 Th = 600 K，将“冷源 Tc”从 180 拖到 340 K：两热源温度越接近，效率越低。然后固定 Th、Tc，改变“吸热 Qh”，确认 η 不变——只有“Wmax = ηQh”和“Qc = Qh − W”随 Qh 成比例变化。这说明 只取决于温度，与循环规模无关。
读取 p–V 图上的循环
观察画布上着色的闭合曲线：“chiều chu trình”（循环方向）箭头表示热机正循环（顺时针），内部面积正比于净功 W。可拖动图形改变视角。将读数 Wmax 与面积含义对照：正循环时 为正。
第二定律的极限
把 Tc 拖到接近 Th：效率趋于 0——两热源同温时无法取功。反过来设 Th = 900 K、Tc = 180 K（滑块极限），η ≈ 80 %，仍不到 100 %。可以推断 η → 1 需要 Tc → 0 K，而这不可实现——这正是热力学第二定律给出的界限。
模拟
实验历史
1824年，萨迪·卡诺发表小册子《论火的动力》，分析了由两条等温线和两条绝热线构成的理想可逆循环。他指出，在两个热源之间工作的任何热机，其效率上限只取决于两热源温度，与工作物质无关——考虑到当时的热学理论（热质说）还很模糊，这一结论十分惊人。
19世纪50年代，鲁道夫·克劳修斯在热功当量的基础上重新表述该结果并提出熵的概念；威廉·汤姆孙（开尔文勋爵）于1848年提出绝对温标，正是为了能写成 η = 1 − Tc/Th。第二定律的现代表述——没有热机能超过卡诺循环——补完了卡诺在第一定律尚未完全建立时就开启的逻辑。