Balanç d'entropia a través d'un cicle de Carnot

1 · Prediu

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?

• 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.

2 · Configura

1. 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.
2. Activa la lectura de calor per tram.
3. 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.

3 · Recull dades

Suma les contribucions d'entropia dels 4 trams. Representa la contribució de cada tram com un diagrama de barres, amb els trams 2 i 4 (adiabàtics, Q = 0) mostrant zero.

4 · Analitza

1. 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).
2. 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.

5 · Amplia

1. 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.
2. 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.

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles