Thermodynamique

Cycle de Carnot réversible — entropie

Un cycle de Carnot réversible échange de l'entropie avec les réservoirs — ΔS_univ ≈ 0 net.

Cycle de Carnot réversible — entropie — simulation interactive de Thermodynamique. Un cycle de Carnot réversible échange de l'entropie avec les réservoirs — ΔS_univ ≈ 0 net. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Entropie réversible

Un cycle de Carnot réversible échange de l'entropie avec les réservoirs — ΔS_univ net ≈ 0.

Pour un cycle entièrement réversible, l'entropie du système revient à sa valeur de départ, tandis que le réservoir chaud perd une entropie Q_h/T_h et le réservoir froid en gagne Q_c/T_c de même ampleur. Le changement total d'entropie de l'univers est nul — cela définit le rendement maximal.

• ΔS_univ = 0 (reversible)
• Échange d’entropie

Mémoire d'enquête

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question de conduite

Un moteur Carnot échange de la chaleur avec un réservoir chaud pendant une étape et un réservoir froid pendant une autre. La perte d'entropie du réservoir chaud annule-t-elle exactement le gain d'entropie du réservoir froid ?

Des pronostics à peser

• Les changements d'entropie des réservoirs ne s'annulent pas  ; il y a un changement d'entropie net non nul dans l'ensemble.
• Oui - pour un cycle réversible (Carnot), les changements d'entropie des deux réservoirs s'annulent exactement, ce qui donne une génération d'entropie nette nulle.
• Les changements d'entropie du réservoir ne sont pas liés à la chaleur échangée avec le gaz.

Rôles variables

Ce que vous définissez  :

• Numéro d'étape

Ce que vous mesurez  :

• Chaleur échangée cette étape Q (J)
• Contribution entropique ΔS = Q/T (J/K)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage entropie-carnot et appuyez sur Réinitialiser. Le même cycle Carnot 4 que le cycle Carnot s'exécute entre les réservoirs 600 K et 300 K.
2. Activez la lecture de la chaleur par étape.
3. Pour chaque étape du cycle (1 à 4), lisez la chaleur échangée et calculez la contribution à l'entropie de cette étape Q_leg/T_leg.

Équation gouvernante

Équilibre d'entropie du réservoir — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th

L'entropie de chaque réservoir change de −Q/T pour la chaleur qu'il libère (ou +Q/T pour la chaleur qu'il absorbe) à sa propre température fixe. Pour un cycle réversible comme celui de Carnot, les changements d'entropie des réservoirs chaud et froid s'annulent exactement  : ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Confirmez que les étapes 2 et 4 (adiabatiques) ne contribuent pas à l'entropie, puisque Q = 0 pour ces étapes par définition. Additionnez les contributions non nulles des étapes 1 (à Th = 600 K) et 3 (à Tc = 300 K).
• La chaleur absorbée par le gaz lors de l'étape 1 devient de la chaleur dégagée par le réservoir chaud  ; la chaleur dégagée par le gaz lors de l'étape 3 devient chaleur absorbée par le réservoir froid. Expliquez pourquoi le changement d'entropie combiné des réservoirs au cours du cycle complet devient nul.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Un vrai moteur a une friction et un transfert de chaleur à vitesse finie, tous deux irréversibles. Expliquez pourquoi les changements d'entropie du réservoir d'un cycle réel ne s'annuleraient PAS exactement, donnant une génération d'entropie nette positive - et pourquoi la deuxième loi exige que cette génération nette soit ≥ 0.
• La génération d'entropie nette nulle du cycle Carnot est la raison pour laquelle il est appelé « réversible »  : vous pouvez faire reculer chaque étape et tout annuler, y compris les états des réservoirs. Expliquez pourquoi un processus avec une génération d'entropie nette positive (comme la friction) ne peut pas être annulé de cette façon.

• 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

1. Bienvenue dans la entropie de Carnot
2. Sélectionnez la enceinte
3. Appuyez sur Lecture
4. entropie en un cycle réversible
5. Ouvrez l'Inspecteur
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Entropie et le deuxième principe