Ισοζύγιο εντροπίας σε κύκλο Carnot

1 · Πρόβλεψε

Μηχανή Carnot ανταλλάσσει θερμότητα με ζεστή δεξαμενή κατά ένα σκέλος και με κρύα δεξαμενή κατά άλλο. Ακριβώς αναιρείται η απώλεια εντροπίας της ζεστής δεξαμενής από το κέρδος εντροπίας της κρύας;

• Οι μεταβολές εντροπίας των δεξαμενών δεν αναιρούνται· υπάρχει μη μηδενική καθαρή μεταβολή εντροπίας συνολικά.
• Ναι — για αντιστρέψιμο (Carnot) κύκλο, οι μεταβολές εντροπίας των δύο δεξαμενών αναιρούνται ακριβώς, δίνοντας μηδενική καθαρή παραγωγή εντροπίας.
• Οι μεταβολές εντροπίας των δεξαμενών δεν σχετίζονται με τη θερμότητα που ανταλλάσσεται με το αέριο.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή entropy-carnot και πάτησε Επαναφορά. Ο ίδιος κύκλος Carnot 4 σκελών με τον carnot-cycle τρέχει μεταξύ δεξαμενών 600 K και 300 K.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη θερμότητας ανά σκέλος.
3. Για κάθε σκέλος του κύκλου (1 έως 4), διάβασε την ανταλλαγμένη θερμότητα και υπολόγισε τη συνεισφορά εντροπίας εκείνου του σκέλους Q_leg/T_leg.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Άθροισε τις συνεισφορές εντροπίας των 4 σκελών σου. Χαράξε τη συνεισφορά κάθε σκέλους ως ραβδόγραμμα, με τα σκέλη 2 και 4 (αδιαβατικά, Q = 0) να δείχνουν μηδέν.

4 · Ανάλυση

1. Επιβεβαίωσε ότι τα σκέλη 2 και 4 (αδιαβατικά) συνεισφέρουν μηδενική εντροπία, αφού Q = 0 για εκείνα τα σκέλη εξ ορισμού. Άθροισε τις μη μηδενικές συνεισφορές από τα σκέλη 1 (στο Th = 600 K) και 3 (στο Tc = 300 K).
2. Η θερμότητα που απορροφά το αέριο κατά το σκέλος 1 γίνεται θερμότητα που απελευθερώνει η ζεστή δεξαμενή· η θερμότητα που απελευθερώνει το αέριο κατά το σκέλος 3 γίνεται θερμότητα που απορροφά η κρύα δεξαμενή. Εξήγησε γιατί ο συνδυασμένη μεταβολή εντροπίας των δεξαμενών σε όλο τον κύκλο βγαίνει μηδέν.

5 · Επέκταση

1. Μια πραγματική μηχανή έχει τριβή και μεταφορά θερμότητας πεπερασμένης ταχύτητας, και τα δύο μη αντιστρέψιμα. Εξήγησε γιατί οι μεταβολές εντροπίας δεξαμενών πραγματικού κύκλου ΔΕΝ θα αναιρούνταν ακριβώς, δίνοντας θετική καθαρή παραγωγή εντροπίας — και γιατί ο δεύτερος νόμος απαιτεί αυτή την καθαρή παραγωγή να είναι ≥ 0.
2. Η μηδενική καθαρή παραγωγή εντροπίας του κύκλου Carnot είναι ο λόγος που λέγεται «αντιστρέψιμος» — θα μπορούσες να τρέξεις κάθε σκέλος προς τα πίσω και να αναιρέσεις τα πάντα, συμπεριλαμβανομένων των καταστάσεων των δεξαμενών. Εξήγησε γιατί μια διεργασία με θετική καθαρή παραγωγή εντροπίας (όπως η τριβή) δεν μπορεί να αναιρεθεί έτσι.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής