Entroopia bilanss üle Carnot' tsükli

1 · Ennusta

Carnot' masin vahetab soojust kuuma reservuaariga ühe takti ja külma reservuaariga teise takti jooksul. Kas kuuma reservuaari entroopiakadu tühistab täpselt külma reservuaari entroopiavõidu?

• Reservuaaride entroopia muutused ei tühistu; kogu neto entroopia muutus on nullist erinev.
• Jah — pööratava (Carnot') tsükli korral kahe reservuaari entroopia muutused tühistavad täpselt, andes null neto entroopia teket.
• Reservuaaride entroopia muutused ei ole seotud gaasiga vahetatud soojusega.

2 · Seadista

1. Ava Carnot’ entroopia eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Sama 4-taktiline Carnot’ tsükkel kui Carnot’ tsükli eksperimendis jookseb 600 K ja 300 K reservuaaride vahel.
2. Lülita sisse taktide kaupa soojuse näit.
3. Loe tsükli iga takti (1 kuni 4) jaoks välja vahetatud soojus ja arvuta selle takti entroopiapanus Q_leg/T_leg.

3 · Kogu andmeid

Liida oma 4 takti entroopiapanused. Joonista iga takti panus tulpdiagrammina, kus taktid 2 ja 4 (adiaabaatilised, Q = 0) näitavad nulli.

4 · Analüüsi

1. Kinnita, et taktid 2 ja 4 (adiaabaatilised) ei anna entroopiat, kuna nende taktide jaoks kehtib definitsiooni järgi Q = 0. Liida nullist erinevad panused taktidelt 1 (temperatuuril Th = 600 K) ja 3 (temperatuuril Tc = 300 K).
2. Soojus, mille gaas takti 1 jooksul neelab, muutub kuuma reservuaari poolt vabastatuks soojuseks; soojus, mille gaas takti 3 jooksul vabastab, muutub külma reservuaari poolt neelatuks. Selgita, miks reservuaaride kombineeritud entroopia muutus täistsükli üle tuleb null.

5 · Laienda

1. Päris masinas on hõõrdumine ja lõpliku kiirusega soojusülekanne, mõlemad pöördumatud. Selgita, miks päris tsükli reservuaaride entroopia muutused EI tühistu täpselt, vaid annavad positiivse neto entroopia tekkimise — ja miks teine seadus nõuab, et see neto teke oleks ≥ 0.
2. Carnot' tsükli null neto entroopia teke on põhjus, miks teda kutsutakse „pööratavaks“ — sa saaksid iga takti tagurpidi käitada ja kõik tagasi võtta, kaasa arvatud reservuaaride olekud. Selgita, miks protsessi positiivse neto entroopia tekkega (nagu hõõrdumine) ei saa sel viisil tagasi võtta.

Selle eksperimendi füüsika

← Tagasi eksperimendi juurde

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte