Termodinámica
Ciclo de Carnot reversible — entropía
Un ciclo de Carnot reversible intercambia entropía con los depósitos — ΔS_univ ≈ 0 neto.
Ciclo de Carnot reversible — entropía — simulación interactiva de Termodinámica. Un ciclo de Carnot reversible intercambia entropía con los depósitos — ΔS_univ ≈ 0 neto. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Entropía reversible
Un ciclo reversible de Carnot intercambia entropía con los depósitos: ΔS_univ neta ≈ 0.
En un ciclo completamente reversible, la entropía del sistema vuelve a su valor inicial, mientras que el depósito caliente pierde entropía Q_h/T_h y el depósito frío gana Q_c/T_c con la misma magnitud. El cambio total de entropía del universo es cero — eso define la eficiencia máxima.
- ΔS_univ = 0 (reversible)
- Intercambio de entropía
Informe de investigación
Planifique la pregunta antes de abrir el laboratorio.
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta de conducción
Una máquina de Carnot intercambia calor con un depósito caliente durante un tramo y un depósito frío durante el otro. ¿La pérdida de entropía del reservorio caliente cancela exactamente la ganancia de entropía del reservorio frío?
Predicciones para pesar
- Los cambios de entropía de los reservorios no se cancelan; hay un cambio de entropía neto distinto de cero en general.
- Sí, para un ciclo reversible (Carnot), los cambios de entropía de los dos reservorios se cancelan exactamente, dando una generación neta de entropía cero.
- Los cambios de entropía del yacimiento no están relacionados con el calor intercambiado con el gas.
Roles variables
Lo que configuraste:
- número de pierna
Lo que mides:
- El calor intercambió esta pierna Q (J)
- Contribución de entropía ΔS = Q/T (J/K)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el ajuste preestablecido de entropía-carnot y presione Restablecer. El mismo ciclo de Carnot de tramo 4 que el ciclo de Carnot corre entre los embalses 600 K y 300 K.
- Habilite la lectura de calor por pierna.
- Para cada tramo del ciclo (1 a 4), lea el calor intercambiado y calcule la contribución de entropía de ese tramo Q_leg/T_leg.
Ecuación rectora
Balance de entropía del yacimiento — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
La entropía de cada depósito cambia en −Q/T para el calor que libera (o +Q/T para el calor que absorbe) a su propia temperatura fija. Para un ciclo reversible como el de Carnot, los cambios de entropía de los reservorios frío y caliente se cancelan exactamente: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Confirme que los tramos 2 y 4 (adiabáticos) no aportan entropía, ya que Q = 0 en esos tramos por definición. Sume las contribuciones distintas de cero de los tramos 1 (a Th = 600 K) y 3 (a Tc = 300 K).
- El calor absorbido por el gas durante el tramo 1 se convierte en calor liberado por el depósito caliente; El calor liberado por el gas durante el tramo 3 se convierte en calor absorbido por el depósito de frío. Explique por qué el cambio de entropía combinado de los reservorios durante el ciclo completo llega a cero.
¿Dónde aparece esto más allá del laboratorio?
- Un motor real tiene fricción y transferencia de calor a velocidad finita, ambas irreversibles. Explique por qué los cambios de entropía del yacimiento de un ciclo real NO se cancelarían exactamente, dando una generación neta de entropía positiva, y por qué la segunda ley requiere que esa generación neta sea ≥ 0.
- La generación de entropía neta cero del ciclo de Carnot es la razón por la que se le llama "reversible": se pueden ejecutar todos los tramos hacia atrás y deshacer todo, incluidos los estados de los reservorios. Explique por qué un proceso con generación neta de entropía positiva (como la fricción) no se puede deshacer de esta manera.
- 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
- Bienvenido a la entropía de Carnot
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Entropía en un ciclo reversible
- Abre el panel de estudio
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
Abrir laboratorio interactivo →
Descargar ficha de laboratorio →