Termodynamika
Vratný Carnotův cyklus — entropie
Vratný Carnotův cyklus vyměňuje entropii se zásobníky — čisté ΔS_univ ≈ 0.
Vratný Carnotův cyklus — entropie — interaktivní simulace Termodynamika. Vratný Carnotův cyklus vyměňuje entropii se zásobníky — čisté ΔS_univ ≈ 0. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Vratná entropie
Vratný Carnotův cyklus vyměňuje entropii se zásobníky — čisté ΔS_univ ≈ 0.
Pro úplný vratný cyklus se entropie soustavy vrací na výchozí hodnotu, zatímco teplý zásobník ztrácí entropii Q_h/T_h a studený získává Q_c/T_c se stejnou velikostí. Celková změna entropie vesmíru je nulová — to definuje maximální účinnost.
- ΔS_univ = 0 (vratně)
- Výměna entropie
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Carnotův stroj vyměňuje teplo s teplým zásobníkem během jedné věty a se studeným během druhé. Vyruší se entropická ztráta teplého zásobníku přesně s entropickým ziskem studeného?
Predikce k zvážení
- Změny entropie zásobníků se nevyruší; je nenulová čistá změna entropie celkem.
- Ano — pro vratný (Carnotův) cyklus se změny entropie dvou zásobníků přesně vyruší a dávají nulovou čistou produkci entropie.
- Změny entropie zásobníků nesouvisí s teplem vyměněným s plynem.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Číslo věty
Co měříš:
- Vyměněné teplo v této větě Q (J)
- Entropický příspěvek ΔS = Q/T (J/K)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu entropy-carnot a stiskni Resetovat. Stejný Carnotův cyklus se 4 větami jako carnot-cycle běží mezi zásobníky 600 K a 300 K.
- Zapni odečet tepla po větách.
- Pro každou větu cyklu (1 až 4) odečti vyměněné teplo a spočti entropický příspěvek té věty Q_leg/T_leg.
Řídící rovnice
Entropická bilance nádrží — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Entropie každého zásobníku se mění o −Q/T pro teplo, které uvolní (nebo +Q/T pro teplo, které pohltí) při jeho vlastní pevné teplotě. Pro vratný cyklus jako Carnotův se změny entropie teplého a studeného zásobníku přesně vyruší: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Potvrď, že věty 2 a 4 (adiabatické) přispívají nulovou entropií, protože Q = 0 pro tyto věty z definice. Sečti nenulové příspěvky vět 1 (při Th = 600 K) a 3 (při Tc = 300 K).
- Teplo pohlcené plynem během věty 1 se stává teplem uvolněným teplým zásobníkem; teplo uvolněné plynem během věty 3 se stává teplem pohlceným studeným zásobníkem. Vysvětli, proč kombinovaná změna entropie zásobníků přes celý cyklus vychází nulová.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Skutečný stroj má tření a přenos tepla konečnou rychlostí, obojí nevratné. Vysvětli, proč změny entropie zásobníků skutečného cyklu by se NEvyrušily přesně, dávajíce kladnou čistou produkci entropie — a proč druhý zákon vyžaduje, aby čistá produkce byla ≥ 0.
- Nulová čistá produkce entropie Carnotova cyklu je důvod, proč se nazývá „vratný“ — mohl bys každou větu běžet pozpátku a vrátit všechno, včetně stavů zásobníků. Vysvětli, proč děj s kladnou čistou produkcí entropie (jako tření) takto vrátit nelze.
- 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
- Vítej v Entropii Carnotově
- Vyber komoru
- Stiskni Spustit
- Entropie ve vratném cyklu
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →