Entropibalance over en Carnot-proces

1 · Forudsig

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?

• 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.

2 · Opsætning

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.

3 · Saml data

Læg dine 4 trins entropibidrag sammen. Afbild hvert trins bidrag som et søjlediagram, hvor trin 2 og 4 (adiabatiske, Q = 0) viser nul.

4 · Analysér

1. 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.
2. 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.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark