Entropická bilance Carnotova cyklu

1 · Predikuj

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?

• 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.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu entropy-carnot a stiskni Resetovat. Stejný Carnotův cyklus se 4 větami jako carnot-cycle běží mezi zásobníky 600 K a 300 K.
2. Zapni odečet tepla po větách.
3. Pro každou větu cyklu (1 až 4) odečti vyměněné teplo a spočti entropický příspěvek té věty Q_leg/T_leg.

3 · Sbírej data

Sečti entropické příspěvky svých 4vět. Vynes příspěvek každé věty jako sloupcový graf, s věty 2 a 4 (adiabatické, Q = 0) na nule.

4 · Analyzuj

1. 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).
2. 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.

5 · Rozšiř

1. 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.
2. 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.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky