الديناميكا الحرارية
دورة كارنو العكوسة — الإنتروبيا
تتبادل دورة كارنو العكوسة الإنتروبيا مع المستودعات — صافي ΔS_univ ≈ 0.
دورة كارنو العكوسة — الإنتروبيا — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. تتبادل دورة كارنو العكوسة الإنتروبيا مع المستودعات — صافي ΔS_univ ≈ 0. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
إنتروبيا عكوسة
تتبادل دورة كارنو العكوسة الإنتروبيا مع المستودعات — صافي ΔS_univ ≈ 0.
لدورة عكوسة كاملة تعود إنتروبيا النظام إلى قيمتها الابتدائية، بينما يفقد المستودع الساخن إنتروبيا Q_h/T_h ويكتسب البارد Q_c/T_c بالمقدار نفسه. تغير إنتروبيا الكون الكلي صفر — وهذا يحدد أقصى كفاءة.
- ΔS_univ = 0 (عملية عكوسة)
- تبادل الإنتروبيا
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
يتبادل محرك كارنو الحرارة مع مستودع ساخن في مرحلة ومع بارد في أخرى. هل يلغي فقد إنتروبيا المستودع الساخن مكسبَ إنتروبيا البارد بالضبط؟
توقعات للموازنة
- لا يتلاغى تغيرا إنتروبيا المستودعين؛ هناك تغير صافٍ غير صفري.
- نعم — في دورة عكوسة (كارنو) يتلاغى تغيرا إنتروبيا المستودعين بالضبط، فلا توليد صافٍ للإنتروبيا.
- تغيرات إنتروبيا المستودعات لا صلة لها بالحرارة المتبادلة مع الغاز.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- رقم المرحلة
ما تقيسه:
- الحرارة المتبادلة في هذه المرحلة Q (J)
- مساهمة الإنتروبيا ΔS = Q/T (J/K)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة إنتروبيا كارنو واضغط إعادة. دورة كارنو ذات المراحل الأربع نفسها تعمل بين مستودعين 600 K و300 K.
- فعّل قراءة حرارة كل مرحلة.
- لكل مرحلة (1 إلى 4) اقرأ الحرارة المتبادلة واحسب مساهمة إنتروبيا المرحلة Q_leg/T_leg.
المعادلة الحاكمة
موازنة إنتروبيا المستودعات — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
تتغير إنتروبيا كل خزان بمقدار −Q/T عن الحرارة التي يطلقها (أو +Q/T عن الحرارة التي يمتصها) عند درجة حرارته الثابتة. لدورة عكوسة كدورة كارنو، تلغي تغيرات إنتروبيا الخزانين الحار والبارد بعضها تمامًا: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- أكد أن الطرفين 2 و4 (الكظومان) لا يساهمان بإنتروبيا، لأن Q = 0 لهذين الطرفين بحكم التعريف. اجمع المساهمات غير الصفرية من الطرف 1 (عند Th = 600 K) والطرف 3 (عند Tc = 300 K).
- الحرارة التي يمتصها الغاز في المرحلة 1 هي حرارة تحررها المستودع الساخن؛ والحرارة التي يحررها الغاز في المرحلة 3 هي حرارة يمتصها المستودع البارد. اشرح لماذا يأتي تغير إنتروبيا المستودعين المجمع عبر الدورة الكاملة صفرًا.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- للمحرك الحقيقي احتكاكٌ وانتقال حرارة بسرعة محدودة، وكلاهما غير عكوس. اشرح لماذا لا يتلاغى تغيرا إنتروبيا مستودعي دورة حقيقية بالضبط، فينتج توليد إنتروبيا صافٍ موجب — ولماذا يشترط القانون الثاني أن يكون التوليد الصافي ≥ 0.
- توليد الإنتروبيا الصفري في دورة كارنو هو سبب تسميتها «عكوسة» — يمكنك تشغيل كل مرحلة بالعكس وإلغاء كل شيء، بما فيها حالتا المستودعين. اشرح لماذا لا يمكن التراجع هكذا عن عملية بتوليد إنتروبيا صافٍ موجب (كالاحتكاك).
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- أهلًا بك في إنتروبيا كارنو
- حدد الغرفة
- اضغط تشغيل
- الإنتروبيا في دورة عكوسة
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.