Question

直观来看，热机和制冷机似乎需要大量技术才能使工作物质经历不同的热力学状态，然后最终返回到初始状态。通常，至少需要一些管道和泵。因此，这类设备似乎是自然界中非常特殊的事物，需要人类来制造。

另一方面，自然界中存在各种物质循环，例如水循环和碳循环。但我不确定这些是否构成热力学循环。

那么问题是，是否存在非人造的真正热力学循环？当然，我们会计算近似循环，因为即使是人造循环也只是近似的。例如，冰箱不断泄漏一些制冷剂分子。尽管初始状态已经足够接近并可以正常工作，但可能永远无法再次精确达到初始状态。

编辑：让我犹豫是否立即将物质循环视为热力学循环的例子的原因是，很难确定一个在整个循环过程中保持在一起的热力学系统。该系统必须足够小，以便在给定时间内采用确定的热力学量值，例如温度和压力。但随着时间的推移，物质会彻底混合在一起，这使得初始系统很难保持在一起并保持在热力学图上可绘制。也许有一种我还没有想到的概念性方法来解决这个问题。

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您认为热带风暴的热机是一个“循环”吗？
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Answer 1

顾名思义，热力学循环是一系列以循环方式发生的热力学过程（例如加热、冷却、膨胀、收缩等）。人造机器就是一个例子，但热力学循环在自然界中无处不在。您应该能够通过查看热力学量是否参与其中以及热力学量是否在循环中发生变化来发现热力学循环。

我最喜欢的例子可能是海洋环流，它部分是由海洋温度（热力学量）和影响水密度（另一个热力学量）的盐度驱动的。这里有定性地解释了海洋环流。

我能想到的另一个例子是水循环。水体上的水在太阳的照射下变热，蒸发，当天空足够冷时凝结成云，悬浮在天空中，当密度足够大时又以雨的形式降落下来，完成整个循环。在这个循环中，水经历热力学循环，其中水经历从液体到气体再到液体的相变。你应该承认，多云时天气会更凉爽，这使得水循环成为一个巨大的空气冷却器。

为什么教科书会提供使用人造机器的例子？我本人不是作家，所以我不知道。但是，我可以说人造机器比自然界中发生的任何事情都简单，当我们试图找出过程的热力学部分时，这可能听起来更抽象。数学描述也更简单，因为我们可以使用简单的热力学循环（如卡诺循环、奥托循环等）很好地描述人造机器。

在每种情况下，什么会构成一个系统？例如，在水循环中，你只关注特定公斤的水吗？海洋环流呢？盐是系统的一部分吗？它是一个开放系统吗？ — 
在水循环中，水本身经历热力学循环：蒸发成水蒸气，然后凝结成液态水，形成一个循环。在海洋循环中，盐应该被视为系统的一部分，因为它在改变水的密度方面发挥着作用。你也可以考虑水循环中的盐：蒸发是由于太阳的热量，盐负责改变蒸发率。然而，我想说，这种影响是如此之小，你不妨忽略它。 — 
是的，但所有水加在一起并不处于可以绘制在图表上的单一热力学状态。因此，似乎你必须关注其中的特定一批水，这些水可以具有明确的温度和压力。但在自然界中，一切都混杂在一起，因此很难在整个循环过程中追踪特定数量的水。明白我的意思了吗？ — 
如果你想对某个事物进行建模，那么你不可避免地要决定将什么视为系统。你可以按照自己认为合适的方式对其进行建模。例如，“一公斤水”是一个合法的物理模型。然后，你就有一公斤水加上太阳作为基本系统，从那里你可以添加其他一切（风、盐等），使你的模型更复杂，但更逼真。正如我在回答中所说，我认为你的常用教科书没有使用我提到的现象，因为它们比人造机器更复杂，因此需要付出更多努力才能正确建模。 — 
然后，您可以考虑一滴水或遍布世界各地的所有水。选择权在您手中。分散意味着有另一种相互作用在起作用，例如风。从技术上讲，您可以通过将一定量的水放在一个隔离的容器中来观察一个简单的水循环，容器的底部被加热，顶部被冷却。水会蒸发，蒸汽会在顶部附近凝结，通过容器壁落回，然后重复循环。不过，您可能看不到任何云。 —

热机 – 热力学循环只发生在人造机器中吗？ – 物理学

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热机 – 热力学循环只发生在人造机器中吗？ – 物理学

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