Termodynamik

Reversibel Carnot-cyklus — entropi

En reversibel Carnot-cyklus udveksler entropi med reservoirer — netto ΔS_univ ≈ 0.

Reversibel Carnot-cyklus — entropi — interaktiv Termodynamik-simulation. En reversibel Carnot-cyklus udveksler entropi med reservoirer — netto ΔS_univ ≈ 0. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Reversibel entropi

En reversibel Carnot-proces udveksler entropi med reservoirer — netto ΔS_univ ≈ 0.

For en fuld reversibel kredsproces vender systemets entropi tilbage til startværdien, mens det varme reservoir mister entropien Q_h/T_h, og det kolde reservoir optager Q_c/T_c med samme størrelse. Universets samlede entropiændring er nul — det definerer maksimal virkningsgrad.

• ΔS_univ = 0 (reversibel)
• Entropiudveksling

Undersøgelsesoplæg

Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet

Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.

Drivende spørgsmål

En Carnot-motor udveksler varme med et varmt reservoir under ét trin og et koldt reservoir under et andet. Ophæver det varme reservoirs entropitab præcis det kolde reservoirs entropivinding?

Forudsigelser at afveje

• Reservoirernes entropiændringer ophæver ikke hinanden; der er en samlet entropiændring forskellig fra nul.
• Ja — for en reversibel (Carnot-)kredsproces ophæver de to reservoirers entropiændringer hinanden præcis, hvilket giver nul netto-entropiproduktion.
• Reservoirernes entropiændringer har ikke relation til den varme, der udveksles med gassen.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Trinnummer

Det, du måler:

• Udvekslet varme i dette trin Q (J)
• Entropibidrag ΔS = Q/T (J/K)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen entropy-carnot, og tryk på Nulstil. Den samme 4-trins Carnot-proces som i carnot-cycle kører mellem reservoirer ved 600 K og 300 K.
2. Slå aflæsningen af varme pr. trin til.
3. Aflæs for hvert trin i kredsprocessen (1 til 4) den udvekslede varme, og beregn trinnets entropibidrag Q_leg/T_leg.

Styrende ligning

Entropibalance for reservoirer — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th

Hvert reservoirs entropi ændres med −Q/T for varme, det afgiver (eller +Q/T for varme, det optager) ved sin egen faste temperatur. For en reversibel kredsproces som Carnots ophæver det varme og det kolde reservoirs entropiændringer hinanden præcis: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Bekræft, at trin 2 og 4 (adiabatiske) bidrager med nul entropi, da Q = 0 for disse trin pr. definition. Læg de ikke-nul bidrag fra trin 1 (ved Th = 600 K) og 3 (ved Tc = 300 K) sammen.
• Varmen optaget af gassen under trin 1 bliver til varme afgivet af det varme reservoir; varmen afgivet af gassen under trin 3 bliver til varme optaget af det kolde reservoir. Forklar, hvorfor reservoirernes samlede entropiændring over hele kredsprocessen bliver nul.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• En virkelig motor har friktion og varmeoverførsel med endelig hastighed — begge irreversible. Forklar, hvorfor en virkelig kredsprocesses reservoir-entropiændringer IKKE ville ophæve hinanden præcist, hvilket giver positiv netto-entropiproduktion — og hvorfor den anden hovedsætning kræver, at denne nettoproduktion er ≥ 0.
• Carnot-processens nul netto-entropiproduktion er grunden til, at den kaldes 'reversibel' — man kunne køre hvert trin baglæns og fortryde alt, inklusive reservoirernes tilstande. Forklar, hvorfor en proces med positiv netto-entropiproduktion (som friktion) ikke kan fortrydes på den måde.

• 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

1. Velkommen til Entropi i Carnot-processen
2. Vælg kammeret
3. Tryk på Afspil
4. Entropi i en reversibel kredsproces
5. Åbn egenskabspanelet
6. Du klarede det!

Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.

Åbn interaktivt laboratorium →

Download labark →

Entropi og den anden hovedsætning