ترمودینامیک
چرخهٔ کارنوی بازگشتپذیر — آنتروپی
چرخهٔ بازگشتپذیر کارنو با مخزنها آنتروپی مبادله میکند — ΔS_univ خالص ≈ 0.
چرخهٔ کارنوی بازگشتپذیر — آنتروپی — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. چرخهٔ بازگشتپذیر کارنو با مخزنها آنتروپی مبادله میکند — ΔS_univ خالص ≈ 0. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
آنتروپی بازگشتپذیر
چرخهٔ بازگشتپذیر کارنو با مخزنها آنتروپی مبادله میکند — ΔS_univ خالص ≈ 0.
برای یک دور کامل بازگشتپذیر، آنتروپی سامانه به مقدار آغازینش برمیگردد، در حالی که مخزن گرم Q_h/T_h آنتروپی میبازد و مخزن سرد Q_c/T_c با همان قدرت میگیرد. تغییر آنتروپی کل جهان صفر است — تعریف بیشینهٔ بازده.
- ΔS_univ = 0 (بازگشتپذیر)
- مبادلهٔ آنتروپی
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
موتور کارنو در گامی با مخزن گرم و در گامی با مخزن سرد گرما مبادله میکند. آیا افت آنتروپی مخزن گرم دقیقاً با دستاورد آنتروپی مخزن سرد خنثی میشود؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- تغییرات آنتروپی مخزنها خنثی نمیشوند؛ تغییر خالص آنتروپی کلی ناصفر است.
- بله — برای چرخهٔ بازگشتپذیر (کارنو)، تغییرات آنتروپی دو مخزن دقیقاً خنثی میشوند و تولید خالص آنتروپی صفر است.
- تغییرات آنتروپی مخزنها به گرمای مبادلهشده با گاز مربوط نیست.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- شمارهٔ گام
آنچه اندازه میگیرید:
- گرمای مبادلهشده در این گام Q (J)
- سهم آنتروپی ΔS = Q/T (J/K)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم آنتروپی-کارنو را باز کنید و Reset بزنید. همان چرخهٔ 4 گامی کارنو میان مخزنهای 600 K و 300 K اجرا میشود.
- قرائت گرمای هر گام را فعال کنید.
- برای هر گام چرخه (1 تا 4)، گرمای مبادلهشده را بخوانید و سهم آنتروپی گام را Q_leg/T_leg حساب کنید.
معادلهٔ حاکم
تراز آنتروپی مخزن — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
آنتروپی هر مخزن بهاندازهٔ −Q/T برای گرمایی که آزاد میکند (یا +Q/T برای گرمایی که جذب میکند) در دمای ثابت خودش تغییر میکند. در چرخهٔ بازگشتپذیری مانند کارنو، تغییر آنتروپی مخزن گرم و سرد دقیقاً یکدیگر را خنثی میکنند: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- تأیید کنید گامهای 2 و 4 (بیدررو) آنتروپی صفر دارند، زیرا طبق تعریف برای آن گامها Q = 0 است. سهمهای ناصفر گام 1 (در Th = 600 K) و گام 3 (در Tc = 300 K) را جمع کنید.
- گرمایی که گاز در گام 1 میگیرد، گرمایی میشود که مخزن گرم میدهد؛ گرمایی که گاز در گام 3 میرهاید، گرمایی میشود که مخزن سرد میگیرد. توضیح دهید چرا تغییر آنتروپی ترکیبی مخزنها روی کل چرخه صفر در میآید.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- موتور واقعی اصطکاک و انتقال گرمای با تندی متناهی دارد که هر دو نابازگشتنیاند. توضیح دهید چرا تغییرات آنتروپی مخزنهای چرخهٔ واقعی دقیقاً خنثی «نمیشوند» و تولید خالص آنتروپی مثبت میدهند — و چرا قانون دوم میخواهد آن تولید خالص ≥ 0 باشد.
- صفر بودن تولید خالص آنتروپی چرخهٔ کارنو دلیل «بازگشتپذیر» نامیدهشدنش است — میتوانید هر گام را برعکس بدوانید و همهچیز، از جمله حالت مخزنها را واگرد کنید. توضیح دهید چرا فرایندی با تولید خالص آنتروپی مثبت (مثل اصطکاک) اینطور واگرد نمیشود.
- 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
- به آنتروپی-کارنو خوش آمدید
- انتخاب اتاقک
- Play را بفشارید
- آنتروپی در چرخهٔ بازگشتپذیر
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.