Termodinamika
Grįškamasis Karno ciklas — entropija
Grįžtamasis Karno ciklas apsikeičia entropija su rezervuarais — grynasis ΔS_univ ≈ 0.
Grįškamasis Karno ciklas — entropija — interaktyvi Termodinamika simuliacija. Grįžtamasis Karno ciklas apsikeičia entropija su rezervuarais — grynasis ΔS_univ ≈ 0. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Grįškamoji entropija
Grįžtamasis Karno ciklas apsikeičia entropija su rezervuarais — grynasis ΔS_univ ≈ 0.
Pilnam grįštamajam ciklui sistemos entropija grįžta į pradinę reikšmę, o karštasis rezervuaras praranda entropiją Q_h/T_h ir šaltasis įgyja Q_c/T_c tokio pat dydžio. Visatos bendrasis entropijos pokytis lygus nuliui — tai maksimalaus naudingumo apibrėžimas.
- ΔS_univ = 0 (grįžtamasis)
- Entropijos mainai
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Karno variklys keičiasi šiluma su karštuoju rezervuaru per vieną koją ir su šaltuoju per kitą. Ar karštojo rezervuaro entropijos praradimas tiksliai panaikina šaltojo rezervuaro entropijos įgijimą?
Svarstytini spėjimai
- Rezervuarų entropijos pokyčiai nepanaikina vienas kito; bendrai yra nenulinis grynasis entropijos pokytis.
- Taip — grįštamajam (Karno) ciklui dviejų rezervuarų entropijos pokyčiai tiksliai vienas kitą panaikina, duodami nulinę grynają entropijos generaciją.
- Rezervuarų entropijos pokyčiai nesusiję su dujomis keista šiluma.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Kojos numeris
Ką tu matauji:
- Keista šiluma šioje kojoje Q (J)
- Entropijos indėlis ΔS = Q/T (J/K)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Entropijos balansas per Karno ciklą“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Tas pats 4 kojų Karno ciklas kaip „Karno ciklas“ veikia tarp 600 K ir 300 K rezervuarų.
- Įjunk kojų šilumos rodmuo.
- Kiekvienai ciklo kojai (nuo 1 iki 4) nuskaityk keistą šilumą ir apskaičiuok tos kojos entropijos indėlį Q_leg/T_leg.
Valdančioji lygtis
Rezervuarų entropijos balansas — ΔS = Qout/Tc − Qin/Th
Kiekvieno rezervuaro entropija keičiasi −Q/T už šilumą, kurią jis atiduoda (arba +Q/T už šilumą, kurią sugeria) savo pastovioje temperatūroje. Grįštamajam ciklui, kaip Karno, karštojo ir šaltojo rezervuarų entropijos pokyčiai tiksliai panaikina vienas kitą: ΔS_net = Qout/Tc − Qin/Th = 0.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Patvirtink, kad 2 ir 4 kojos (adiabatinės) duoda nulinę entropiją, nes Q = 0 toms kojoms pagal apibrėžimą. Sudėk nenulinius indėlius iš 1 kojos (ties Th = 600 K) ir 3 kojos (ties Tc = 300 K).
- Šiluma, sugerta dujų 1 kojos metu, tampa šiluma, atiduota karštojo rezervuaro; šiluma, atiduota dujų 3 kojos metu, tampa šiluma, sugerta šaltojo rezervuaro. Paaiškink, kodėl rezervuarų bendrasis entropijos pokytis per visą ciklą gaunasi nulinis.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Realiam varikliui yra trinties ir baigtinio greičio šilumos perdavimo — abu negrįštami. Paaiškink, kodėl realiojo ciklo rezervuarų entropijos pokyčiai NEPANAIKINTŲ tiksliai, duodami teigiamą grynają entropijos generaciją — ir kodėl antrasis dėsnis reikalauja, kad grynoji generacija būtų ≥ 0.
- Karno ciklo nulinė grynoji entropijos generacija yra tai, kodėl jis vadinamas „grįštamuoju“ — galėtum vesti kiekvieną koją atgal ir atšaukti viską, įskaitant rezervuarų būsenas. Paaiškink, kodėl procesas su teigiama grynąja entropijos generacija (kaip trintis) negali būti atšauktas šiuo būdu.
- 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
- Sveiki atvykę prie Karno entropijos
- Pasirink kamerą
- Spausk Leisti
- Entropija grįštamajame cikle
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →