Termodinàmica
Cicle de Carnot reversible — entropia
Un cicle de Carnot reversible intercanvia entropia amb els dipòsits: ΔS_univ ≈ 0 net.
Cicle de Carnot reversible — entropia — simulació interactiva de Termodinàmica. Un cicle de Carnot reversible intercanvia entropia amb els dipòsits: ΔS_univ ≈ 0 net. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Entropia reversible
Un cicle de Carnot reversible intercanvia entropia amb els dipòsits: ΔS_univ ≈ 0 net.
En un cicle reversible complet l'entropia del sistema torna al valor inicial, mentre el dipòsit calent perd l'entropia Q_h/T_h i el fred guanya Q_c/T_c amb la mateixa magnitud. El canvi d'entropia total de l'univers és zero: la definició de màxima eficiència.
- ΔS_univ = 0 (reversible)
- Intercanvi d'entropia
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Un motor de Carnot intercanvia calor amb un dipòsit calent durant un tram i amb un de fred durant un altre. La pèrdua d'entropia del dipòsit calent cancel·la exactament el guany d'entropia del dipòsit fred?
Prediccions a valorar
- Els canvis d'entropia dels dipòsits no es cancel·len: hi ha un canvi d'entropia net diferent de zero en global.
- Sí: per a un cicle reversible (Carnot), els canvis d'entropia dels dos dipòsits es cancel·len exactament, donant generació d'entropia neta zero.
- Els canvis d'entropia dels dipòsits no estan relacionats amb la calor intercanviada amb el gas.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Número de tram
El que tu mesures:
- Calor intercanviada en aquest tram Q (J)
- Contribució d'entropia ΔS = Q/T (J/K)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Balanç d'entropia a través d'un cicle de Carnot» i prem Restableix. El mateix cicle de Carnot de 4 trams que carnot-cycle corre entre dipòsits de 600 K i 300 K.
- Activa la lectura de calor per tram.
- Per a cada tram del cicle (1 a 4), llegeix la calor intercanviada i calcula la contribució d'entropia del tram Q_leg/T_leg.
Equació governant
Balanç d'entropia dels dipòsits — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
L'entropia de cada dipòsit canvia en −Q/T per la calor que allibera (o +Q/T per la que absorbeix) a la seva temperatura fixa. Per a un cicle reversible com el de Carnot, els canvis d'entropia dels dipòsits calent i fred es cancel·len exactament: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Confirma que els trams 2 i 4 (adiabàtics) contribueixen entropia zero, ja que Q = 0 per a aquells trams per definició. Suma les contribucions diferents de zero dels trams 1 (a Th = 600 K) i 3 (a Tc = 300 K).
- La calor absorbida pel gas durant el tram 1 esdevé calor alliberada pel dipòsit calent; la calor alliberada pel gas durant el tram 3 esdevé calor absorbida pel dipòsit fred. Explica per què el canvi d'entropia combinat dels dipòsits al llarg del cicle complet surt zero.
On apareix això més enllà del laboratori
- Un motor real té fricció i transferència de calor a velocitat finita, totes dues irreversibles. Explica per què els canvis d'entropia dels dipòsits d'un cicle real NO es cancel·larien exactament, donant una generació d'entropia neta positiva — i per què la segona llei exigeix que aquella generació neta sigui ≥ 0.
- La generació d'entropia neta zero del cicle de Carnot és per això que se'n diu «reversible»: podries córrer cada tram endarrere i desfer-ho tot, incloent-hi els estats dels dipòsits. Explica per què un procés amb generació d'entropia neta positiva (com la fricció) no es pot desfer així.
- 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
- Benvingut a Entropia de Carnot
- Selecciona la cambra
- Prem Reprodueix
- Entropia en un cicle reversible
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →