열역학
가역 카르노 순환 — 엔트로피
가역 카르노 순환은 저장소와 엔트로피를 주고받습니다 — 전체 ΔS_univ ≈ 0.
가역 카르노 순환 — 엔트로피 — 인터랙티브 열역학 시뮬레이션. 가역 카르노 순환은 저장소와 엔트로피를 주고받습니다 — 전체 ΔS_univ ≈ 0. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
가역 엔트로피
가역 카르노 사이클은 저장소와 엔트로피를 교환합니다 — 순 ΔS_univ ≈ 0.
완전히 가역적인 순환 과정에서는 계의 엔트로피가 초기값으로 돌아가는 반면, 고온 저장고는 Q_h/T_h만큼 엔트로피를 잃고 저온 저장고는 같은 크기의 Q_c/T_c를 얻습니다. 우주 전체의 엔트로피 변화는 0입니다 — 이것이 최대 효율을 정의합니다.
- ΔS_univ = 0 (가역)
- 엔트로피 교환
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
카르노 엔진은 한쪽 구간에서는 뜨거운 저장소와 열을 교환하고 다른 구간에서는 차가운 저장소와 열을 교환합니다. 뜨거운 저장소의 엔트로피 손실이 차가운 저장소의 엔트로피 획득을 정확히 상쇄합니까?
검토할 예측
- 저수지의 엔트로피 변화는 취소되지 않습니다. 전체적으로 0이 아닌 순 엔트로피 변화가 있습니다.
- 예. 가역(카르노) 주기의 경우 두 저수지의 엔트로피 변화가 정확히 상쇄되어 순 엔트로피 생성이 0이 됩니다.
- 저장소 엔트로피 변화는 가스와 교환되는 열과 관련이 없습니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 다리 번호
측정하는 것:
- 이 다리 Q를 열교환했습니다 (J)
- 엔트로피 기여도 ΔS = Q/T (J/K)
실험 진행 방법
- entropy-carnot 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. carnot-cycle와 동일한 4-레그 카르노 사이클은 600K와 300K 저장소 사이에서 실행됩니다.
- per-leg 열 판독을 활성화합니다.
- 주기의 각 구간(1~4)에 대해 교환된 열을 읽고 해당 구간의 엔트로피 기여도 Q_leg/T_leg를 계산합니다.
지배방정식
저장소 엔트로피 균형 — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
각 저장소의 엔트로피는 고정된 온도에서 방출하는 열에 대해 -Q/T(또는 흡수하는 열에 대해 +Q/T)만큼 변경됩니다. 카르노와 같은 가역적 순환의 경우, 뜨거운 저장소와 차가운 저장소의 엔트로피 변화는 정확히 상쇄됩니다. ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 단계 2와 4(단열 과정)는 정의상 Q = 0이므로 엔트로피 기여가 0임을 확인하세요. 단계 1(Th = 600 K에서)과 단계 3(Tc = 300 K에서)의 0이 아닌 기여를 합산하세요.
- 구간 1 동안 가스에 의해 흡수된 열은 뜨거운 저장소에 의해 방출되는 열이 됩니다. 구간 3에서 가스에 의해 방출된 열은 차가운 저장소에 의해 흡수된 열이 됩니다. 전체 주기에 걸쳐 저장소의 결합 엔트로피 변화가 0이 되는 이유를 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 실제 기관에는 마찰과 유한한 속도의 열전달이 있으며, 둘 다 비가역적입니다. 실제 순환 과정에서는 저장고의 엔트로피 변화가 정확히 상쇄되지 않아 양의 순 엔트로피 생성이 일어나는 이유와, 열역학 제2법칙이 왜 그 순 생성이 0 이상이어야 한다고 요구하는지 설명하세요.
- 카르노 사이클의 순 엔트로피 제로 생성이 '가역적'이라고 불리는 이유입니다. 모든 구간을 뒤로 실행하고 저수지 상태를 포함한 모든 것을 취소할 수 있습니다. (마찰과 같은) 양의 순 엔트로피 생성 과정을 이런 방식으로 취소할 수 없는 이유를 설명하세요.
- 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
- 카르노 엔트로피에 오신 것을 환영합니다
- 챔버 선택
- 재생을 누르세요
- 가역 사이클의 엔트로피
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.