Entropiatase Carnot'n syklin yli

1 · Ennusta

Carnot'n moottori vaihtaa lämpöä kuumasäiliön kanssa yhden etapin aikana ja kylmäsäiliön kanssa toisen aikana. Kumoavatko kuumasäiliön entropiahäviö ja kylmäsäiliön entropiavoitto täsmälleen toisensa?

• Säiliöiden entropiamuutokset eivät kumoa; kokonaisuutena on nollasta poikkeava nettoentropiamuutos.
• Kyllä – käänteiselle (Carnot'n) syklille kahden säiliön entropiamuutokset kumoavat täsmälleen, antaen nolla nettoentropian tuotto.
• Säiliöiden entropiamuutokset eivät liity kaasun kanssa vaihdettuun lämpöön.

2 · Kokoa

1. Avaa Carnot'n entropia-esiasetus ja paina Nollaa. Sama 4-etappinen Carnot'n sykli kuin carnot-cycle käy arvojen 600 K ja 300 K säiliöiden välillä.
2. Ota käyttöön etappikohtainen lämpö-lukema.
3. Jokaiselle syklin etapille (1–4) lue vaihdettu lämpö ja laske kyseisen etapin entropiaosuus Q_leg/T_leg.

3 · Kerää data

Summaa 4 etappisi entropiaosuudet. Kuvaile kunkin etapin osuus pylväskaaviona, etappien 2 ja 4 (adiabaattiset, Q = 0) näyttäessä nollaa.

4 · Analysoi

1. Varmenna, että etapit 2 ja 4 (adiabaattiset) tuottavat nolla entropiaa, koska Q = 0 niille etapeille määritelmän mukaan. Summaa nollasta poikkeavat osuudet etapeista 1 (kohdassa Th = 600 K) ja 3 (kohdassa Tc = 300 K).
2. Kaasun etapissa 1 imemä lämpö tulee kuumasäiliön vapauttamasta lämmöstä; kaasun etapissa 3 vapauttama lämpö tulee kylmäsäiliön imemästä lämmöstä. Selitä, miksi säiliöiden yhdistetty entropiamuutos koko syklin yli tulee nollaksi.

5 · Laajenna

1. Todellisessa moottorissa on kitkaa ja ärellisen nopeuden lämmönsiirtoa, molemmat irreversiibelejä. Selitä, miksi todellisen syklin säiliöentropiamuutokset EIVÄT kumoaisi täsmälleen, antaen positiivisen nettoentropian tuoton – ja miksi toinen laki vaatii tuon nettotuoton olevan ≥ 0.
2. Carnot'n syklin nolla nettoentropian tuotto on syy, miksi sitä kutsutaan ”käänteiseksi” – voisit ajaa jokaisen etapin taaksepäin ja perua kaiken, myös säiliöiden tilat. Selitä, miksi positiivista nettoentropian tuottoa tuottavaa prosessia (kuten kitkaa) ei voi perua näin.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia