Bilanca entropije kroz Carnotov ciklus

1 · Predviđanje

Carnotov stroj izmjenjuje topline s vrućim spremnikom tijekom jedne dionice i hladnim tijekom druge. Poništava li gubitak entropije vrućeg spremnika točno prirast entropije hladnog spremnika?

• Promjene entropije spremnika se ne poništavaju; postoji neto promjena entropije različita od nule.
• Da — za reverzibilni (Carnotov) ciklus, promjene entropije dvaju spremnika točno se poništavaju, dajući nultu neto produkciju entropije.
• Promjene entropije spremnika nisu povezane s topline izmijenjenom s plinom.

2 · Postava

1. Otvori postav entropy-carnot i pritisni Resetiraj. Isti Carnotov ciklus od 4 dionice kao carnot-cycle radi između spremnika od 600 K i 300 K.
2. Omogući očitanje topline po dionici.
3. Za svaku dionicu ciklusa (1 do 4), očitaj izmijenjenu topline i izračunaj doprinos entropije te dionice Q_leg/T_leg.

3 · Prikupljanje podataka

Zbroji doprinose entropije svoje 4 dionice. Nacrtaj doprinos svake dionice kao stupčasti graf, s dionicama 2 i 4 (adijabatskim, Q = 0) na nuli.

4 · Analiza

1. Potvrdi da dionice 2 i 4 (adijabatske) doprinose nula entropije, jer je Q = 0 za te dionice po definiciji. Zbroji doprinose različite od nule iz dionica 1 (pri Th = 600 K) i 3 (pri Tc = 300 K).
2. Toplina koju plin apsorbira tijekom dionice 1 postaje toplina koju otpušta vrući spremnik; toplina koju plin otpušta tijekom dionice 3 postaje toplina koju apsorbira hladni spremnik. Objasni zašto kombinirana promjena entropije spremnika kroz puni ciklus izlazi nula.

5 · Proširenje

1. Stvarni motor ima trenje i prijenos topline konačnom brzinom, oboje nepovratno. Objasni zašto se promjene entropije spremnika stvarnog ciklusa NE bi poništile točno, dajući pozitivnu neto produkciju entropije — i zašto drugi zakon zahtijeva da ta neto produkcija bude ≥ 0.
2. Nulta neto produkcija entropije Carnotovog ciklusa razlog je što se zove „reverzibilan“ — mogao bi pokrenuti svaku dionicu unatrag i poništiti sve, uključujući stanja spremnika. Objasni zašto proces s pozitivnom neto produkcijom entropije (poput trenja) ne može tako poništiti.

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis