Термодинамика
Обратим цикъл на Карно — ентропия
Обратим цикъл на Карно разменя ентропия с резервоарите — нетно ΔS_univ ≈ 0.
Обратим цикъл на Карно — ентропия — интерактивна симулация Термодинамика. Обратим цикъл на Карно разменя ентропия с резервоарите — нетно ΔS_univ ≈ 0. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Обратима ентропия
Обратим цикъл на Карно разменя ентропия с резервоарите — нетно ΔS_univ ≈ 0.
За пълен обратим цикъл ентропията на системата се връща в началната си стойност, докато топлият резервоар губи ентропия Q_h/T_h и студеният печели Q_c/T_c с еднаква големина. Пълното изменение на ентропията на вселената е нула — определение за максимален КПД.
- ΔS_univ = 0 (обратимо)
- Обмен на ентропия
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Карно машина обменя топлина с горещ резервоар по една стъпка и със студен по друга. Отменя ли точно загубата на ентропия на горещия резервоар печалбата на ентропия на студения?
Предсказвания за преценка
- Ентропийните изменения на резервоарите не се отменят; има ненулево нетно изменение на ентропията общо.
- Да — за обратим (Карно) цикъл ентропийните изменения на двата резервоара точно се отменят, давайки нула нетно производство на ентропия.
- Ентропийните изменения на резервоарите не са свързани с обменената с газа топлина.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Номер на стъпка
Какво измерваш:
- Обменена топлина в тази стъпка Q (J)
- Ентропиен принос ΔS = Q/T (J/K)
Как протича изследването
- Отвори настройката ентропия на Карно и натисни Нулирай. Същият 4-стъпков цикъл на Карно като цикъл на Карно върви между резервоари 600 K и 300 K.
- Включи показанието за топлина по стъпки.
- За всяка стъпка от цикъла (1 до 4) прочети обменената топлина и изчисли ентропийния принос на стъпката Q_leg/T_leg.
Управляващо уравнение
Ентропиен баланс на резервоарите — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Ентропията на всеки резервоар се променя с −Q/T за топлина, която той отдава (или +Q/T за топлина, която поглъща), при собствената си фиксирана температура. За обратим цикъл като Карно ентропийните изменения на горещия и студения резервоар точно се отменят: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- Потвърди, че стъпки 2 и 4 (адиабатните) допринасят нула ентропия, понеже Q = 0 за тези стъпки по определение. Сбери ненулевите приноси от стъпки 1 (при Th = 600 K) и 3 (при Tc = 300 K).
- Топлината, погълната от газа по стъпка 1, става топлина, отделена от горещия резервоар; топлината, отделена от газа по стъпка 3, става топлина, погълната от студения резервоар. Обясни защо комбинирното ентропийно изменение на резервоарите за пълния цикъл излиза нула.
Къде това се появява извън лабораторията
- Реална машина има триене и топлопредаване с крайна скорост — и двете необратими. Обясни защо ентропийните изменения на резервоарите на реален цикъл НЕ биха се отменили точно, давайки положително нетно производство на ентропия — и защо вторият закон изисква това нетно производство да е ≥ 0.
- Нулевото нетно производство на ентропия на цикъла на Карно е причината да се нарича „обратим“ — би могъл да пуснеш всяка стъпка назад и да отмениш всичко, включително състоянията на резервоарите. Обясни защо процес с положително нетно производство на ентропия (като триенето) не може да бъде отменен по този начин.
- 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
- Добре дошъл при ентропията на Карно
- Избери камерата
- Натисни Пусни
- Ентропия в обратим цикъл
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →